›
›

Bài giảng Chuyên đề Kết cấu liên hợp thép-Bê tông - TS. Nguyễn Hồng Sơn

pdf 280 trang phuongnguyen 2860
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Chuyên đề Kết cấu liên hợp thép-Bê tông - TS. Nguyễn Hồng Sơn", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_chuyen_de_ket_cau_lien_hop_thep_be_tong_ts_nguyen.pdf

Nội dung text: Bài giảng Chuyên đề Kết cấu liên hợp thép-Bê tông - TS. Nguyễn Hồng Sơn

  1. CHUYÊN ĐỀ KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP-BÊ TÔNG TS. Nguyễn Hồng Sơn Bộ môn: Kết cấu Thép-Gỗ Tel: 0913514110
  2. NỘI DUNG GỒM: - Giới thiệu về kết cấu liên hợp thép - bê tông cốt thép - Chương 1. Tổng quan về kết cấu liên hợp - Chương 2. Vật liệu sử dụng cho kết cấu liên hợp - Chương 3. Sàn liên hợp - Chương 4. Dầm liên hợp - Chương 5. Cột liên hợp - Chương 6. Nút liên kết dầm cột - Chương 7. Kết cấu khung chịu lực nhà cao tầng
  3. TÀI LIỆU THAM KHẢO
  4. GIỚI THIỆU VỀ KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP - BÊTÔNG
  5. Citibank Duisburg (Duisburg - Germany)
  6. Parking deck “DEZ” (Innsbruck - Austria)
  7. Parking deck “DEZ” (Innsbruck - Austria)
  8. Millennium Tower (Vienna - Austria)
  9. Kết cấu liên hợp
  10. Kết cấu liên hợp
  11. Kết cấu liên hợp
  12. Kết cấu liên hợp
  13. Kết cấu liên hợp
  14. Một số khái niệm
  15. Các cấu kiện cơ bản
  16. Liên kết ma sát Liên kết cơ học
  17. Liên kết neo ở đầu bản sàn Cấu tạo neo
  18. Thợ đang hàn neo
  19. Dầm liên hợp
  20. Một kiểu liên kết dầm cột
  21. Một kiểu neo (một hàng neo)
  22. Neo tại dầm (hai hàng neo)
  23. Một kiểu neo
  24. Tác dụng của neo
  25. Thi công sàn
  26. Thi công sàn
  27. Thi công sàn
  28. Giàn liên hợp Dầm có lỗ khoét liên hợp
  29. Kết cấu sàn liên hợp
  30. DÇm khoÐt lç ë b¶n bông
  31. DÇm khoÐt lç ë b¶n bông
  32. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP - BÊTÔNG. I. Quá trình nghiên cứu, ứng dụng kết cấu liên hợp Thép- bê tông cốt thép trên thế giới * Định nghĩa Kết cấu liên hợp thép - bêtông là kết cấu mà thép chịu lực có dạng tấm, thép hình, thép ống và kết cấu bê tông. * Dạng tiết diện
  33. Nó có thể nằm ngoài bêtông (gọi là thép nhồi bêtông), hay nằm bên trong bêtông (gọi là kết cấu thép bọc bêtông) hoặc liên kết với nhau cùng làm việc.
  34. Một số kiểu tiết diện cột
  35. * Lịch sử phát triển của kết cấu liên hợp thép – bêtông - Gắn liền với lịch sử phát triển kết cấu thép và kết cấu bêtông cốt thép. - Việc hình thành các dạng kết cấu liên hợp này bắt nguồn từ hai nguyên nhân. + Nguyên nhân thứ nhất bắt đầu từ ý định thay thế các cốt thép tròn thành các dạng cốt thép khác gọi là cốt cứng, khi hàm lượng quá lớn hình thành nên kết cấu liên hợp. + Nguyên nhân thứ hai bắt đầu từ ý tưởng muốn bao bọc kết cấu thép chịu lực bằng bêtông để chống xâm thực, chống cháy hoặc chịu lực.
  36. * Nghiên cứu ứng dụng và phát triển kết cấu liên hợp - Nhiều hội nghị khoa học về kết cấu liên hợp thép bêtông ở tầm cỡ quốc tế đã được tổ chức. - Dùng cho các lĩnh vực cầu đường, nhà cửa và các dạng công trình kỹ thuật khác đã và đang được rất nhiều quốc gia quan tâm. + Năm 1894 lần đầu tiên kết cấu liên hợp thép-bêtông đã được dùng làm cầu Rock Rapids. + Năm 1898 kỹ sư F.W.Pattenson đã thiết kế cầu gần Pitts Burgh, Pennsylvania do một kỹ sư người Viên tên là Joset Melan thiết kế.
  37. - Năm 1894 ở Pitts Burgh đã xây dựng một ngôi nhà mà các dầm sàn bằng thép bọc bêtông - Ở Châu Âu việc dùng kết cấu liên hợp thép-bêtông lúc đầu cũng xuất phát từ mục đích dùng bêtông bọc kết cấu thép để chống ăn mòn và chịu lửa - Năm 1908 một số thí nghiệm về cột liên hợp thép- bêtông đã được làm tại phòng thí nghiệm Trường đại học xây dựng Columbia. - Năm 1922-1924 các thí nghiệm tương tự được giáo sư H.M.Mc Kay tiếp tục tiến hành ở trường đại học tổng hợp Mc Gill, Canađa.
  38. - Nhà cao tầng dùng kết cấu liên hợp tiêu biểu ở Mỹ cần phải thiết kế tới tòa nhà 35 tầng Major Bank ở Dallas, tiểu bang Texas. - Tòa nhà Atlantic Centre Project ở Atlantic cao 275 feet (221 m) là một ví dụ tiêu biểu cho loại kết cấu này, ở đó hệ khung lõi cứng của nhà thi công theo phương pháp ván khuôn trượt. - Ở Mỹ, Năm 1944, lần đầu tiên mới được đưa vào tiêu chuẩn quốc gia AASHTO (Theo American Association of Highway and Transportation),
  39. - Ở châu Âu rất quan tâm đến kết cấu liên hợp thép – bêtông là nước Đức, họ đã ban hành tiêu chuẩn quốc gia DIN 1078 từ rất sớm - Bộ tiêu chuẩn gọi là European Codes (Eurocodes hay EC). Eurocodes gồm chín tập đặt tên theo thứ tự số như sau: + Eurocode 2: Kết cấu bêtông cốt thép. + Eurocode 3: Kết cấu thép. + Eurocode 4: Kết cấu liên hợp thép – bêtông. - Ở Nga các nghiên cứu về kết cấu liên hợp thép – bêtông cũng được tiến hành từ lâu. Năm 1936 dưới sự lãnh
  40. đạo của viện sĩ G.P. Pêrêdêri người Nga đã xây dựng xong chiếc cầu nhịp 110m qua song Nêva ở Xanh pêtecbua. - Ở Nhật Bản việc nghiên cứu kết cấu liên hợp thép – bêtông cũng được quan tâm rất sớm. Kết cấu liên hợp thép – bêtông xuất hiện ở Nhật Bản từ năm 1910, được ứng dụng rộng rãi làm nhà cao tầng (từ 6 tầng trở lên). * Nghiên cứu ứng dụng kết cấu liên hợp ở Việt Nam - Ở Việt Nam lý thuyết tính toán cấu kiện liên hợp thép – bêtông (bêtông cốt cứng) đã được đưa vào giáo trình “Kết cấu bêtông cốt thép – phần cấu kiện cơ bản” xuất bản năm 1995,
  41. dựa theo lý thuyết tính toán của người Nga và còn khá đơn giản. - Gần đây tại thành phố Hồ Chí Minh đã xây dựng tòa nhà Diamond Plaza (21 tầng), kết cấu khung thép bọc vật liệu chống cháy là xỉ lò cao. - Năm 2005 tại thành phố Hà Nội lần đầu tiên sử dụng sàn lien hợp để làm 500 m2 sàn nhà của công ty xuất nhập khẩu Hồng Hà, 109 đường Trường Chinh.
  42. II. Một số ưu điểm, nhược điểm của kết cấu liên hợp thép - bêtông 1.1. Ưu điểm 1) Khả năng chống ăn mòn của thép được tăng cường. 2) Khả năng chịu lửa tốt. 3) Khả năng chịu lực của vật liệu tăng 4) Tăng độ cứng của kết cấu. 5) Khả năng biến dạng lớn hơn kết cấu bêtông cốt thép, đó là ưu điểm lớn khi chị tải trọng động đất.
  43. 6) Có thể tạo kết cấu ứng lực trước trong khi thi công, tăng hiệu quả sử dụng vật liệu, nhất là vật liệu cường độ cao. 7) Có thể dễ dàng dùng phương pháp thi công hiện đại làm tăng tốc độ thi công, sớm đưa công trình vào sử dụng. 8) Kết cấu liên hợp thép – bêtông có thể đạt hiệu quả kinh tế cao.
  44. 1.2. Nhược điểm 1) Tuy nhiên với kết cấu liên hợp thép - bê tông đòi hỏi sự làm việc gắn kết giữa hai vật liệu bê tông và cốt thép. Chính vì thế việc tính toán phức tạp hơn, đòi hỏi thời gian tính toán nhiều hơn. Chi phí gia công và chế tạo các liên kết sẽ tăng. 2) Khi chịu tải trọng động đất, kết cấu liên hợp nói chung sẽ biến dạng lớn hơn kết cấu bê tông cốt thép thông thường.
  45. So sánh kích thước dầm liên hợp và không liên hợp
  46. So sánh kích thước cột và dầm liên hợp - không liên hợp
  47. So sánh trọng lượng thép và giá thành cho khung nhà năm tầng một nhịp Loại khung Trọng Tổng giá lượng thép thành (%) (%) 1. Khung thép – đàn hồi 100 100 2. Khung liên hợp – đàn hồi 84.5 92.5 3. Khung thép – đàn dẻo 89 95.5 4. Khung hỗn hợp – đàn dẻo 70 87
  48. So sánh trọng lượng thép và giá thành cho khung nhà sáu nhịp, ba tầng Loại khung Trọng Tổng giá lượng thép thành (%) (%) 1. Khung thép – đàn hồi 100 100 2. Khung liên hợp – đàn hồi 86 91 3. Khung thép – đàn dẻo 95 102 4. Khung hỗn hợp – đàn dẻo 66 90
  49. So sánh trọng lượng thép dầm sàn Loại dầm Trọng lượng thép (%) - Dầm thép (non-composite) 100 - Dầm liên hợp, có chống tạm khi thi 73 công - Dầm liên hợp tạo ứng lực trước 55 trong thép
  50. CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU SỬ DỤNG CHO KẾT CẤU THÉP LIÊN HỢP I. Bê tông 1.1. Quy định của Eurocode 2 và Eurocode 4 Trong kết cấu thép liên hợp dùng bêtông thông thường như trong kết cấu bêtông cốt thép. Có thể dùng bêtông nặng hoặc bêtông nhẹ. a. Các cường độ đặc trưng Theo quy định của Eurocode 4 về kết cấu liên hợp thì dùng mác bêtông từ C20/25 đến C50/60.
  51. Các đặc trưng cơ học của bêtông (N/mm2) Độ C20/25 C25/30 C30/37 C35/45 C45/50 C45/55 C50/60 bền fck 20 25 30 35 45 45 50 fctm 2,2 2,6 2,9 3,2 3,5 3,8 4,1 fcm 28 33 38 43 48 53 58 fctk 1,5 1,8 2,0 2,2 2,5 2,7 2,9 Ecm 29 30,5 32 33,5 35 36 37
  52. * Cường độ chịu nén fck (t) f cm (t) 8(MPa) với 3 28 ngày. Trong đó: fcm (t)  cc (t)f cm Với: fcm – Cường độ trung bình chịu nén của bêtông ở tuổi 28. cc(t) – hệ số phụ thuộc vào tuổi t của bêtông,
  53. 1/2 28  cc (t) exp s 1  t  t – Tuổi của bêtông tính theo ngày; s – hệ số phụ thuộc vào loại xi măng sử dụng; * Cường độ chịu kéo khi uốn fcm,fl max{(1,6 h/1000)f ctm ;f ctm } trong đó: h – chiều cao toàn bộ của cấu kiện, mm; fctm – Cường độ trung bình khi kéo trực tiếp.
  54. * Cường độ chịu kéo của bêtông fcm (t)   cc (t) f ctm , Với cc(t) lấy theo công thức trên và: = 1 với t < 28 ngày; = 2/3 với t 28 ngày; Giá trị của fctm lấy theo bảng.
  55. b. Cường độ tính toán của bêtông * Cường độ tính toán chịu nén fcd cc f ck /  c , trong đó: c – hệ số, phụ thuộc tổ hợp tải trọng. cc – hệ số, có thể dùng cc = 1,0. * Cường độ tính toán chịu kéo fctd ctctk,0,05 f /  c , trong đó: ct – hệ số, có thể dùng ct = 1,0; Fctk, 0,05 – Giá trị dưới sức bền đặc trưng khi kéo.
  56. c. Môđul đàn hồi 0,3 Ecm (t) (f cm (t)/f cm ) E cm trong đó: Ecm – môđul đàn hồi ở tuổi 28 ngày; Các ký hiệu khác như trên d. Sự co ngót của bêtông Sự co ngót được xác định qua các hệ số như sau: - Bằng 3 x 10-4 trong môi trường khô ở trong hoặc ngoài công trình (trừ các cấu kiện được nhồi bêtông); - Bằng 2 x 10-4 trong môi trường khác và cho các cấu kiện được nhồi bêtông.
  57. e. Hệ số giãn nở nhiệt - Đối với bê tông thường = 10-5 oC-1; - Đối với bêtông nhẹ = 0,7 x 10-5 oC-1. 1.2. Về vật liệu bêtông đang sử dụng ở Việt Nam Theo TCXD 356:2005. Kết cấu bêtông và bêtông cốt thép - Tiêu chuẩn thiết kế 1.3. So sánh đặc trưng bêtông theo hai tiêu chuẩn - Hai tiêu chuẩn dựa vào cường độ trung bình của mẫu, - Kết cấu thép liên hợp, chỉ dùng bê tông mác 350 trở lên.
  58. II. Cốt thép 2.1. Thép thanh - Theo Eurocode 4 đưa ra 3 mác thép dùng trong kết cấu liên hợp: S220, S400, S500. - Theo tiêu chuẩn Việt Nam, TCXDVN 356:2005 dùng cho kết cấu là CI, CII, CIII, A-I, A-II, A-III. Các đặc trưng cơ học, về cơ bản giống EC4. Khi thiết kế có thể dùng giá trị giới hạn đàn hồi làm cơ sở để tính toán theo các công thức của EC4.
  59. 2.2. Thép kết cấu - Theo Eurocode 4 đưa ra cách tính toán các kết cấu liên hợp được sản xuất từ thép mác thông thường: S235, S275, S355. - Theo tiêu chuẩn Việt Nam, TCVN 5709:1993 dùng cho kết cấu xây dựng. Đối chiếu các loại thép trong hai tiêu chuẩn, theo quy định của EC4. Khi thiết kế có thể dùng mác thép tư XCT38 trở lên.
  60. 2.3. Tôn định hình bằng thép của sàn liên hợp Nói chung, tôn chiều dày từ 0,7mm đến 1,5mm, mỗi mặt đều được bảo vệ chống ăn mòn bởi lớp kẽm dày 0,02mm, có thể sơn bổ sung.
  61. CHƯƠNG 3: SÀN LIÊN HỢP I. Yêu cầu cấu tạo Sàn liên hợp gồm tấm tôn định hình và tấm đan bằng bê tông, tạo thành kết cấu liên hợp. * Tấm tôn dùng: - Đóng vai trò sàn công tác (khi thi công); - Đóng vai trò cốtpha (khi đổ bê tông) - Đóng vai trò chịu lực (cốt thép lớp dưới của sàn).
  62. Hình ảnh tấm tôn sàn
  63. Cấu tạo các lớp sàn Một số kiểu tôn sàn
  64. * Cấu tạo: - Chiều dày sàn liên hợp (dao động từ 10cm đến 40cm); - Chiều dày tôn dùng 0,75mm đến 1,5mm; - Giới hạn đàn hồi của tôn khoảng 300N/mm2; - Chiều dày toàn bộ sàn liên hợp không nhỏ hơn 80mm, chiều dày riêng phần bê tông (hc) không nhỏ hơn 40mm; Trường hợp, sàn làm việc liên hợp với dầm hoặc sử dụng như vách cứng thì: Chiều dày toàn bộ sàn liên hợp không nhỏ hơn 90mm, chiều dày riêng phần bê tông không nhỏ hơn 50mm.
  65. - Kích thước hạt cốt liệu nhỏ hơn (0,4hc, bo/3, 31,5mm) Cách xác định bo - Gối tựa của sàn liên hợp phải có bề rộng nhỏ nhất là 75mm (đối với gối cánh dầm thép hoặc bê tông), và tối thiểu 100mm (đối với loại gối ít gặp như gạch hoặc đá).
  66. II. Sự làm việc của sàn liên hợp 2.1. Một số định nghĩa * Liên kết hoàn toàn, và không hoàn toàn: - Liên kết hoàn toàn: liên kết bê tông với tấm tôn thép đảm bảo biến dạng dọc giữa tôn và phần bê tông tiếp xúc với tôn bằng nhau. - Liên kết không hoàn toàn: nếu tồn tại sự trượt giữa bê tông với tấm tôn thép theo bề mặt tiếp xúc.
  67. Sự làm việc của sàn liên hợp
  68. * Để hạn chế sự trượt giữa hai vật liệu, cần: - Liên kết cơ học bằng cách tạo biến dạng trước; - Tôn có sườn đóng vai trò liên kết ma sát; - Neo ở đầu sàn bằng chốt hàn hoặc loại liên kết cục bộ; - Neo ở đầu sàn bằng cách làm biến dạng các sườn tôn ở đầu của tấm tôn. * Trượt ở bề mặt tiếp xúc: - Trượt cục bộ rất nhỏ: không nhìn thấy bằng mắt thường, nhưng phân bố lại nội lực; - Trượt tổng thể: có thể đo được hoặc nhìn được.
  69. * Dạng làm việc: - Tương tác hoàn toàn: trượt tổng thể bằng không - Tương tác bằng không: trượt tổng thể không bị ngăn cản; - Tương tác không hoàn toàn: trượt tổng thể khác không nhưng có giới hạn. 2.2. Các dạng phá hoại - Phá hoại theo tiết diện I-I: Do mômen ở nhịp, xảy ra với những sàn có nhịp lớn;
  70. - Phá hoại theo tiết diện II-II: Do trượt dọc theo chiều dài tiếp xúc thép-bêtông, xảy ra khi liên kết giữa bêtông và thép đạt tới khả năng chịu lực giới hạn; - Phá hoại theo tiết diện III-III: Do lực cắt ở khu vực gần gối tựa, xảy ra với những sàn có nhịp nhỏ, bề dày lớn, chịu tải trọng sàn lớn. III I II Dạng phá hoại sàn
  71. 2.3. Tính toán sàn liên hợp * Các giả thiết tính toán - Sau khi uốn tiết diện vẫn phẳng, để có thể áp dụng các giả thiết của SBVL. - Không có sự trượt giữa bêtông và thép, các chốt liên kết vẫn còn nguyên khả năng chịu lực khi CK bị phá hoại (sàn không bị phá hoại theo tiết diện II-II). - Biến dạng do uốn trên 1 mặt cắt ngang tỷ lệ với khoảng cách đến trục trung hoà.
  72. - Ở TTGH chịu lực, toàn bộ diện tích tiết diện của phần thép đều đạt đến giới hạn chảy. Ứng suất trong phần bêtông ở vùng nén đạt đến cờng độ tính toán. - Bỏ qua khả năng chịu lực của phần bêtông chịu kéo. * Tải trọng tác dụng Tải trọng tác dụng, gồm: (a) Giai đoạn thi công; (b) Giai đoạn sử dụng. a) Tải trọng ở giai đoạn thi công - Trọng lượng bản thân tôn và vữa bêtông.
  73. - Hoạt tải thi công. Gồm trọng lượng công nhân, trọng lượng thiết bị đổ bêtông có kể đến sự va chạm hoặc rung động khi thi công). Theo Eurocode 4, hoạt tải thi công lấy là 1,5 kN/m2 trong phạm vi diện tích bất kỳ 3x3 m ở vùng giữa bản sàn, phần diện tích còn lại lấy tải trọng là 0,75 kN/m2. Nếu diện tích bản sàn nhỏ hơn 3x3m thì lấy cho toàn bộ diện tích (hình 2.5). - Trọng lượng của VL xếp tạm trên sàn
  74. 1,5 kN/m2 1,5 kN/m2 0,75 0,75 0,75 0,75 3 m 3 m a) Để xác định mômen nhịp b) Để xác định mômen gối Hình 2.5. Sơ đồ chất hoạt tải thi công b) Tải trọng ở giai đoạn sử dụng - Trọng lượng sàn (tôn, bêtông, cốt thép). - Trọng lượng các CK không chịu lực (vữa lót, gạch lát ).
  75. - Hoạt tải sử dụng. - Phản lực thay đổi do dỡ bỏ các thanh chống tạm (nếu có). - Tác động của khí hậu (nhiệt độ, gió ).
  76. * Tính toán Cần kiểm tra các điều kiện: (1) Kiểm tra khả năng chịu uốn (dạng phá hoại I) (2) Kiểm tra khả năng chịu cắt theo phương ngang (Khả năng liên kết của tôn với bêtông), (dạng phá hoại II) (3) Kiểm tra khả năng chịu cắt theo phương đứng (dạng phá hoại III) (4) Kiểm tra võng
  77. KIỂM TRA DẠNG PHÁ HOẠI I (Khả năng chịu uốn) - Chắc chắn giữa tôn với bêtông hoặc với sàn nhịp lớn (mômen dương lớn). Sự phá hoại xảy ra khi tôn bị chảy dẻo hoặc khi các thớ bêtông đạt đến giới hạn chịu nén dưới tác dụng của mômen uốn lớn nhất. - Để đơn giản hoá tính toán bỏ qua sự chịu lực của cốt thép lớp dưới (nếu có). - Giả thiết rằng ở trạng thái giới hạn về chịu lực, ứng suất trong tôn và cốt thép đạt đến giới hạn đàn hồi, ứng suất trong bêtông đạt đến giới hạn chịu nén.
  78. * Một số ký hiệu áp dụng: fyp - giới hạn đàn hồi của thép tôn (trị số tiêu chuẩn); fck - cường độ nén của bêtông (mẫu trụ, 28 ngày tuổi); fsk - giới hạn đàn hồi của cốt thép (trị số tiêu chuẩn); gap, gc, gs - các hệ số độ tin cậy (xem QP).
  79. * Xét 3 trường hợp sau: (a) Trường hợp 1: Khả năng chịu lực của tiết diện trong vùng mômen dương (Trục TH nằm trong phần bêtông phía trên sườn tôn, phá hoại theo khả năng chịu lực của tôn) (b) Trường hợp 2: Khả năng chịu lực của tiết diện trong vùng mômen dương (Trục TH nằm trong sườn tôn, phá hoại theo khả năng chịu lực của bêtông) (c) Trường hợp 3: Khả năng chịu lực của tiết diện trong vùng chịu mômen âm.
  80. (a) Trường hợp 1 Khả năng chịu lực của tiết diện trong vùng mômen dương. Trục trung hoà nằm trong phần bêtông phía trên sườn tôn, phá hoại theo khả năng chịu lực của tôn - Bỏ qua khả năng chịu kéo của bêtông. - Sơ đồ tính như hình 2.6.
  81. Hình 2.6. Sơ đồ tính sàn ở nhịp (Trục TH nằm trong phần bêtông)
  82. Điều kiện cân bằng hợp lực: Ncf = Np ở trên: Ncf - hợp lực của vùng bêtông chịu nén, Ncf = x . b. 0,85fck / gc Np - hợp lực của miền tôn thép chịu kéo, Np = Ap . fyp / gap x - chiều cao vùng bêtông chịu nén, tính từ mặt trên của sàn;
  83. b - bề rộng tính toán của bản sàn (m); Ap - diện tích tiết diện của tôn thép trong bề rộng b. Cân bằng phương trình trên, xác định được vị trí trục TH: A f  x p yp c 0,85f b ck ap Từ đó xác định được mômen uốn giới hạn: fyp x [Mnh ] N p z A p (d p ) ap 2 Điều kiện chịu lực: MMmax  nh 
  84. (b) Trường hợp 2 Khả năng chịu lực của tiết diện trong vùng mômen dương - Trục TH nằm trong sườn tôn, phá hoại theo khả năng chịu lực của bêtông. - Trục TH nằm trong phần tôn thép, do đó có 1 phần tôn thép tham gia chịu nén cùng với bêtông (hình 2.7a). - Bỏ qua khả năng chịu nén của phần bêtông nằm trong sóng tôn. - Để đơn giản hoá tính toán, quy đổi hợp lực của phần tôn thép chịu nén thành mômen Mp, còn hợp lực của phần tôn thép chịu kéo là Np (hình 2.7b).
  85. Hình 2.7. Sơ đồ tính sàn ở nhịp (Trục TH nằm trong phần tôn)
  86. Hợp lực của vùng bêtông chịu nén: 0,85fck Ncf bh c c Trị số của mômen phụ thêm Mp xác định từ quan hệ gần đúng với mômen dẻo Mpa của toàn bộ tiết diện tôn, xác định bằng thực nghiệm: Ncf Mp 1,25M pa 1 M pa f yp A p  ap Khoảng cách giữa Ncf và Np xđ theo công thức:
  87. h N cf z h c e (e e) 2 p p f A yp p  ap Trong đó: e , ep - xem hình 2.7. Từ đó xác định được mô men uốn giới hạn: [M nh ] N cf z M p Điều kiện chịu lực kiểm tra theo công thức: MMmax  nh 
  88. (c) Trường hợp 3 Khả năng chịu lực của tiết diện trong vùng chịu mômen âm - Trong vùng có mômen âm (khu vực gối tựa) phần bêtông phía trên của bản sàn sẽ chịu kéo do đó cần đặt thêm cốt thép âm (Hình 2.8). - Với vùng nén phía dưới trục trung hoà, coi như chỉ có bêtông chịu nén, bỏ qua khả năng chịu nén của phần tôn thép (do tôn mỏng).
  89. Hình 2.8. Sơ đồ tính sàn ở gối (Trục TH nằm trong phần tôn)
  90. Hợp lực kéo trong cốt thép: f NA sk s s s Hợp lực của phần bêtông chịu nén nằm trong các sờn: 0,85 fck Nc x.bc  c Với bc là bề rộng trung bình của phần bêtông trong sườn. Từ điều kiện cân bằng hợp lực theo phương ngang (NS=Nc), xác định được vị trí của trục trung hoà:
  91. A f  x s sk c 0,85f b  ck c s Biết x sẽ xác định được cánh tay đòn z và từ đó xác định được mômen gối giới hạn: fsk [Mg ] N s z A s z s
  92. KIỂM TRA DẠNG PHÁ HOẠI II (Khả năng chịu cắt theo phương ngang) - Sàn liên hợp có thể bị phá hoại do trượt dọc theo bề mặt tiếp xúc thép-bêtông ở khoảng chiều dài Ls tính từ gối tựa. - Để kiểm tra liên kết giữa thép-bêtông, Eurocode 4 sử dụng phương pháp m-k, là phương pháp dựa trên các thực nghiệm với các loại tôn thường sử dụng trong sàn liên hợp. - Bản chất của phương pháp là dùng các thực nghiệm để xác định các hệ số m, k từ đó xác định được khả năng chịu cắt dọc giới hạn của sàn tại bề mặt tiếp xúc thép-bêtông thông qua lực cắt ngang.
  93. Điều kiện kiểm tra liên kết giữa thép và bêtông tại mặt tiếp xúc: Vmax [V] LR Trong đó: Vmax - lực cắt ngang tiết diện sàn; [V]LR - khả năng chịu cắt giới hạn của mặt cắt dọc theo bề mặt tiếp xúc, Ap bdp m k bL V s  LR vs dp - chiều cao trung bình của sàn (tính từ mặt trên của sàn đến trục trọng tâm của tôn thép);
  94. b - bề rộng tính toán của mặt cắt sàn; m, k - các hệ số xác định bằng thực nghiệm, được nhà sản xuất cung cấp theo catalô tôn; Ls - chiều dài của mặt cắt dọc, lấy bằng L/4 với tải trọng phân bố đều trên nhịp; hoặc lấy bằng khoảng cách từ điểm đặt lực tập trung đến gối tựa gần nhất với tải trọng tập trung trên nhịp. G - hệ số an toàn, lấy bằng 1,25. vs Nếu khả năng chịu cắt dọc của sàn không đủ thì có thể dùng các giải pháp như bố trí neo đầu nhịp sàn, làm biến dạng sóng tôn
  95. KIỂM TRA DẠNG PHÁ HOẠI III (Khả năng chịu cắt theo phương đứng) Trường hợp sàn liên hợp có bề dày lớn, nhịp nhỏ, chịu tải trọng lớn thì sàn có thể bị phá hoại do lực cắt lớn ở vùng gối tựa, do bêtông bị nứt như đối với dầm BTCT thông thường. Các vết nứt này thường nghiêng một góc so với mặt trung bình của sàn trong vùng chịu cắt. Khả năng chịu cắt theo phương đứng của sàn xác định theo công thức: V bd  k(1,2 40)   VR 0 p Rd v ở trên:
  96. A p 0,02 b0 .d p [dp] = m kv (1,6 d p ) 1 Bo - bề rộng trung bình của sườn tôn (hình 2.2); Rd - cường độ chịu cắt của bêtông, fctk Rd 0,25 c fctk 0,7f ctm Ap - phần tiết diện của tôn thép có bề rộng b0.
  97. Hình 2.9. Các dạng phá hoại sàn liên hợp phụ thuộc vào nhịp sàn
  98. KIỂM TRA ĐỘ VÕNG CỦA SÀN LIÊN HỢP Cần kiểm tra độ võng của sàn ở 2 giai đoạn: - Giai đoạn thi công: Độ võng của sàn liên hợp được tính chịu trọng lượng bản thân tôn và trọng lượng của bê tông ướt, nhưng không kể đến hoạt tải thi công. Độ võng giới hạn của sàn lấy trị số nhỏ hơn trong 2 trị số (L/180 ; 20 mm). - Giai đoạn sử dụng: Độ võng giới hạn của sàn = L/250 khi tính với tất cả các loại tải trọng tác dụng; = L/300 khi tính với hoạt tải sử dụng và các biến dạng phụ thuộc vào thời gian (từ biến, co ngót, nhiệt độ, gió ); = L/300 trong trường hợp
  99. trên sàn có các cấu kiện dễ gãy hoặc nứt như gạch lát, vách ngăn Độ võng của sàn được kiểm tra theo công thức: 5 pL4  k [  ] (2.18) 384 EIeff Với: Ieff - mômen quán tính quy đổi của tiết diện sàn (xác định theo Eurocode); Hệ số k lấy như sau: k = 1,0 - với tấm tôn tựa đơn giản trên 2 gối;
  100. k = 0,49 - với tấm tôn liên tục 2 nhịp bằng nhau; k = 0,52 - với tấm tôn liên tục 3 nhịp bằng nhau; k = 0,41 - với tấm tôn liên tục 4 nhịp bằng nhau.×n
  101. CHƯƠNG 4: DẦM LIÊN HỢP I. Yêu cầu cấu tạo Dầm liên hợp có cấu tạo gồm dầm thép I tổ hợp hàn (I cán) và bản sàn BTCT liên kết với dầm bằng các mấu neo là chốt hàn hoặc thép góc để bảo đảm sự làm việc đồng thời của chúng (Hình 3.1).
  102. Một kiểu dầm sàn
  103. Một kiểu dầm sàn
  104. Một kiểu dầm sàn
  105. Một kiểu dầm sàn
  106. Một kiểu dầm sàn
  107. Tiết diện dầm liên hợp
  108. Cấu tạo chốt thép
  109. Cấu tạo chốt thép - thép góc
  110. Hệ dầm sàn liên hợp (đang thi công chốt thép)
  111. II. Tính toán Theo Eurocode 4, dầm liên hợp được tính toán theo 2 điều kiện: - Điều kiện chịu uốn (Khả năng chịu mômen của tiết diện dầm, sức bền chịu mômen). - Điều kiện biến dạng (độ võng). 2.1. Điều kiện chịu uốn Khi chịu uốn, 1 phần bản bêtông (rộng là beff) sẽ tham gia làm việc cùng với dầm thép. ƯS pháp trong bản bêtông trong bề rộng này coi là phân bố đều.
  112. * Đối với dầm đơn giản beff = be1+be2 (be1 hoặc be2 =min {l0/8, bi}, l0 - nhịp tương đương Chiều rộng tham gia làm việc
  113. * Đối với dầm liên tục Cũng dùng công thức trên, nhưng l0 lấy như hình dưới đây: Chiều rộng tham gia làm việc
  114. Các giả thiết tính toán: - Ở TTGH giới hạn chịu lực, toàn bộ diện tích tiết diện phần thép (của dầm và của cốt thép âm) đều đạt đến trị số giới hạn (bị hoá dẻo). - Ứng suất trong vùng bêtông chịu nén coi là phân bố đều và đạt đến trị số giới hạn tính toán ( bằng 0,85 fck / gc ) (Hệ số 0,85 kể đến sự sai khác giữa cờng độ thu đợc bằng thí nghiệm mẫu và cường độ thực, do tác dụng dài hạn của tải trọng, do sự có mặt của ƯS tiếp trong tiết diện chịu lực của dầm ).
  115. - Liên kết giữa sàn bêtông và dầm thép là hoàn toàn, nghĩa là bêtông không bị trượt trên thép (Các mấu neo giữa dầm thép và bản bêtông đủ để chịu lực trượt). Việc phá hoại do trượt xảy ra sau khi phá hoại do uốn. - Bỏ qua khả năng chịu lực của phần bêtông chịu kéo và của cốt thép mềm trong bản bêtông ở vùng nhịp dầm (nếu có).
  116. Xét 4 trường hợp sau: (a) Trường hợp tiết diện chịu mômen dương - Trục trung hoà đi qua bản bêtông (b) Trường hợp tiết diện chịu mômen dương - Trục trung hoà đi qua cánh dầm thép (c) Trường hợp tiết diện chịu mômen dương - Trục trung hoà đi qua bụng dầm thép (d) Trường hợp tiết diện chịu mômen âm - Trục trung hoà đi qua bụng dầm thép
  117. a) Trường hợp tiết diện chịu mômen dương - Trục TH đi qua bản bêtông + 0,85fck / c beff Trôc trung hoµ F c _ z hc hp ha/2 + ha Fa ha/2 tf bf f /  y a Hình 3.3. Biểu đồ ƯS dẻo khi trục TH đi qua bản bêtông
  118. Từ biểu đồ ƯS ở hình 3.3 ta có sức bền dẻo của dầm thép (chịu kéo) và của phần bản bêtông chịu nén phía trên trục trung hoà: f y F a Aa (3.1)  a 0,85 f F z.b . ck c eff (3.2)  c Trong đó: Aa là diện tích tiết diện dầm thép.
  119. Từ điều kiện cân bằng hợp lực theo phương ngang (Fa = Fc), xác định được vị trí của trục TH (khoảng cách từ trục TH đến mặt trên của sàn): F z a h 0,85 f c b . ck (3.3) eff  c Biết z sẽ xác định được cánh tay đòn giữa 2 hợp lực và từ đó xác định được mômen uốn giới hạn: ha z [M]nh F a h c h p 2 2 (3.4)
  120. b) Trường hợp tiết diện chịu mômen dương - Trục TH đi qua cánh dầm thép + 0,85f ck / c beff Trôc trung hoµ F c _ hc z F hp _ a1 ha + Fa2 tf bf f /  f /  y a y a Hình 3.4. Biểu đồ ƯS dẻo khi trục TH đi qua cánh dầm thép
  121. Trờng hợp này xảy ra khi Fc < Fa. Khi đó khoảng cách z sẽ lớn hơn bề dày sàn (hp + hc). Tuy nhiên, để trục TH đi qua phần cánh của dầm thép thì cần thoả mãn thêm điều kiện: fy Fa F c 2b f t f (3.5) a Để đơn giản hoá tính toán, giá trị của ƯS nén trong cánh dầm được tăng lên 2 lần để bù lại cho phía ƯS kéo coi như phân bố trên toàn bộ tiết diện dầm. Với lập luận như trường hợp trên, khoảng cách z xác định từ phương trình cân bằng hợp lực: F F F a2 c a1
  122. Suy ra: 2 f F F F b (z h h ) y a2 a c f c p (3.6)  a Mômen uốn giới hạn xác định từ phương trình cân bằng mômen với trọng tâm vùng bêtông chịu nén: 2f ha h c y h c [M] nh F a h p A a1 z (3.7) 2 2 a 2 Với: Aa1 - diện tích tiết diện phần dầm chịu nén; Fa, Fc - xác định nh mục (a) ở trên.
  123. c) Trường hợp tiết diện chịu mômen dương - Trục TH đi qua bụng dầm thép + 0,85f ck / c beff F c _ hc h p F _ a1 Z w h a Trôc trung hoµ Trôc dÇm tw + h a/2 Fa2 f /  f /  y a y a Hình 3.5. Biểu đồ ƯS dẻo khi trục TH đi qua bụng dầm thép
  124. Lập luận tương tự phần (b) xác định được chiều cao vùng chịu kéo của bản bụng dầm: F z c (3.8) w f 2t y w a Biết zw, tương tự trên, dễ dàng xác định được mômen giới hạn từ phương trình cân bằng mômen với trọng tâm vùng bêtông chịu nén.
  125. d) Trường hợp tiết diện chịu mômen âm - Trục TH đi qua bụng dầm thép _ beff f sk / s Fs hc hs hp Fa1 + Zw ha Trôc trung hoµ _ Trôc dÇm tw ha/2 Fa2 bf f /  f /  y a y a Hình 3.6. Biểu đồ ƯS dẻo khi trục TH đi qua bụng dầm thép
  126. Trường hợp này có thể gặp tại gối tựa trung gian. Cốt thép được bố trí để chịu ƯS kéo trong bêtông. Hợp lực của cốt thép âm chịu kéo xác định theo công thức: fsk (3.9) FAs s s Trong đó: As là diện tích tiết diện cốt thép trong phần bản bêtông rộng là beff . Khoảng cách zw là chiều cao vùng chịu nén của bản bụng dầm xác định theo công thức: Fs zw (3.10) fy 2tw a
  127. Tương tự trên, mômen giới hạn xác định từ phương trình mômen lấy với trọng tâm của dầm thép.
  128. 2.2. Điều kiện biến dạng - Khi xét điều kiện biến dạng, kết cấu được tính toán ở giai đoạn làm việc đàn hồi. - Tải trọng dùng trong tính toán có thể ở giai đoạn thi công hoặc ở giai đoạn sử dụng. Giả thiết là thép không bị trượt trên bêtông và bỏ qua phần bêtông chịu kéo. - Đặt m = Es / Ec là tỷ số môđun đàn hồi của thép và bêtông, có thể xác định mômen quán tính của tiết diện hỗn hợp dầm thép + bản bêtông như sau (xét 2 trường hợp):
  129. a) Khi trục TH đi qua phần bản bêtông: Trục TH đi qua bản bêtông nếu thoả mãn đk: 1 mA (d h ) (3.10) a c 2b h2 eff c Chiều cao vùng nén y xác định từ phương trình: 1 (3.11) mAa (d h c ) 2 2beff y 3 b y 2 Từ đó: I eff I A (d y) (3.12) 3m a a
  130. b) Khi trục TH đi qua phần dầm thép: 3 2 beff h c b eff h c h c 2 I y Ia A a (d y) 12m m 2 (3.13) Với dầm đơn giản, chịu tải trọng phân bố đều, độ võng lớn nhất ở giữa nhịp: 5 pL4 5 ML2  max (3.14) 384 Es I 48 E s I Trong các công thức trên: y - chiều cao vùng nén;
  131. d - khoảng cách từ trọng tâm tiết diện dầm đến mặt trên của sàn; Aa - diện tích tiết diện dầm; Ia - mômen quán tính của tiết diện dầm; I - mômen quán tính của tiết diện hỗn hợp.
  132. CHƯƠNG 5: CỘT LIÊN HỢP I. Giới thiệu chung Cột liên hợp có thể được chia thành hai kiểu chính: - Tiết diện thép hở, bêtông bọc một phần (hình b và hình c) hoặc hoàn toàn (hình a), - Tiết diện thép kín, bêtông nhồi trong tiết diện (hình d đến f),
  133. Tiết diện cột tiết diện chữ nhật (tiết diện thép hở, bêtông bọc một phần hoặc hoàn toàn)
  134. Tiết diện thép kín, bêtông nhồi trong tiết diện
  135. II. Phương pháp tính toán Theo Eurocode 4, có hai phương pháp tính toán: Phương pháp thứ nhất: Phương pháp tổng quát, yêu cầu kể đến sự làm việc phi tuyến và sự chế tạo không chính xác. Phương pháp này có thể áp dụng cho cột có tiết diện không đối xứng hoặc tiết diện cột thay đổi. Phương pháp thứ hai: Phương pháp đơn giản, là cơ sở để thành lập tiêu chuẩn thiết kế của một số nước, Tiêu chuẩn Eurocode, phương pháp này sử dụng đường cong uốn dọc của cột thép có kể đến sự chế tạo không chính xác, giới hạn cho cột tiết diện không đổi có hai trục đối xứng.
  136. * Các giả thiết khi tính toán, cho cả hai phương pháp tính: - Tương tác giữa thép và bêtông là hoàn toàn cho đến khi cột bị phá hoại; - Sự chế tạo không chính xác về hình học và kết cấu được kể đến trong tính toán; - Tiết diện ngang của cột luôn phẳng khi cột bị biến dạng.
  137. III. Điều kiện để đảm bảo ổn định cục bộ của lõi thép Sự có mặt của lớp bêtông sẽ ngăn cản hiện tượng mất ổn định cục bộ của các bản thép, khi đảm bảo các điều kiện: - Đối với tiết diện được bọc bêtông hoàn toàn, yêu cầu chiều dày lớp bêtông không nhỏ hơn 40mm và 1/6 bề rộng cánh của lõi thép. - Đối với tiết diện khác: d 90 2 - đối với cột rỗng tròn; t
  138. h 52  - đối với cột rỗng hình chữ nhật; t b 44  - đối với cột rỗng hình chữ nhật; tf trong đó: 235  , với f y là giới hạn đàn hồi của thép. fy
  139. IV. Sử dụng phương pháp tính đơn giản Cột tính theo phương pháp đơn giản, áp dụng khi thỏa mãn điều kiện sau: - Cột có tiết diện không đổi và có hai trục đối xứng và tỷ số kích thước của mặt cắt 0,2 hc / b c 5 ; f A y a  - Tỷ lệ thép:  a 0,2  0,9 N pl.Rd - Độ mảnh quy đổi  2,0 , (  xem phần ổn định)
  140. - Đối với cột bọc bêtông hoàn toàn, diện tích thép dọc không nhỏ hơn 0,3% diện tích bêtông bọc; chiều dày lớp bêtông bọc không nhỏ hơn các giá trị sau: * Trong hướng y: 40mm cy 0,4.b c * Trong hướng z: 40mm cz 0,4.h c Chú ý: diện tích cốt thép mềm chỉ được kể đến trong tính toán nếu As 0,3% diện tích bê tông, và không nên vượt quá 6% diện tích bêtông.
  141. V. Lực truyền giữa thép và bêtông ở mối nối dầm cột Nội lực truyền đến từ liên kết được phân phối giữa các phần thép và bêtông của cột liên hợp. Trong tính toán, khả năng chịu trượt ở bề mặt giữa thép và bêtông được lấy không lớn hơn các giá trị sau: 0,6 N/mm2 đối với cột được bao bọc hoàn toàn bằng bêtông, 0,4 N/mm2 đối với cột rỗng nhồi bêtông, 0,2 N/mm2 đối với cánh cột được bao bọc hoàn toàn bằng bêtông,
  142. và bằng không đối với bụng cột được bao bọc không hoàn toàn bằng bêtông,
  143. Lực truyền trong mối nối dầm cột
  144. VI. Tính cột liên hợp chịu nén đúng tâm 6.1. Theo điều kiện bền Với phương pháp đơn giản, khả năng chịu nén tối đa khi bêtông, lõi thép và cốt thép mềm đều đạt tới cường độ tính toán: * Khi bêtông bọc hoàn toàn: fy fck f sk Npl.Rd A a 0,85.A c A s Ma  c  s * Khi cấu kiện rỗng nhồi bêtông:
  145. fy fck f sk NAAApl.Rd a c s Ma  c  s trong đó: Aa , Ac và As là diện tích tiết diện ngang của lõi thép, của bê tông và của thép thanh, f y , fck và fsk là giới hạn đàn hồi của lõi thép, cường độ chịu nén đặc trưng của bêtông và giới hạn đàn hồi của thép thanh, Ma , c và s là hệ số an toàn của lõi thép, bê tông và thép thanh,
  146. 6.2. Theo điều kiện ổn định a) Tính độ mảnh quy đổi,  , Lực tới hạn Ncr , được xác định theo công thức: 2 (EI) N c cr l2 trong đó: (EI)c là độ cứng của cột liên hợp, l là chiều dài tính toán của cột tách ra từ kết cấu, với kết cấu khung cứng có thể bằng chiều dài hình học L,
  147. - Với tải trọng ngắn hạn lấy: (EI)c EI a a 0,8EI cd c EI s s trong đó: Ia , Ic và Is là mômen quán tính của tiết diện lõi thép, của bê tông và của thép thanh đối với trục trung hòa của tiết diện, Ecd là môđun đàn hồi tính toán của bêtông, EE/cd cm  c , Ecm là môđun đàn hồi ban đầu của bêtông, c là hệ số an toàn khi tính độ cứng của bêtông, c 1,35 .
  148. - Với tải trọng dài hạn lấy: Trong công thức trên, thay EEcd c (EI)c EI a a 0,8EI c c EI s s trong đó: NG.Sd Ec E cd 1 0,5 Nsd NG.Sd là phần dài hạn của lực nén NSd , Việc điều chỉnh mô đun đàn hồi chỉ cần thiết nếu độ mảnh  theo phương mặt phẳng uốn vượt quá:
  149. 0,8 đối với cột bọc bêtông, và 0,8/(1-) đối với cột rỗng nhồi bêtông và nếu e / d 2 (e là độ lệch tâm), Độ mảnh quy đổi trong mặt phẳng uốn đang xét: N pl.R  Ncr trong đó: N pl.R là giá trị của N pl.Rd khi a , c và s lấy bằng 1,
  150. b) Khả năng chịu lực của cột liên hợp theo điều kiện ổn định: Cột liên hợp có khả năng chịu uốn dọc đối với cả hai trục nếu: NNSd  pl.Rd trong đó:  là hệ số uốn dọc theo trục đang xét, giá trị phụ thuộc vào  , có thể tra theo đường cong uốn dọc Châu Âu, hoặc tính theo công thức:
  151. 1  1 2  2  với 2  0,5 1  2  ở đây: 0,21 cho cột tiết diện rỗng nhồi bêtông, 0,34 cho cột thép chữ I bọc bêtông hoàn toàn hay không hoàn toàn khi uốn theo phương trục khỏe của thép hình,
  152. 0,49 cho cột thép chữ I bọc bêtông hoàn toàn hay không hoàn toàn khi uốn theo phương trục yếu của thép hình, Đường cong uốn dọc châu Âu: - Đường cong a, đối với cột rỗng nhồi bêtông, - Đường cong b, đối với cột thép chữ I được bao bọc hoàn toàn hoặc không hoàn toàn uốn quanh trục khỏe, - Đường cong c, đối với cột thép chữ I được bao bọc hoàn toàn hoặc không hoàn toàn uốn quanh trục yếu,
  153. Đường cong uốn dọc Châu Âu
  154. VII. Tính cột liên hợp chịu nén lệch tâm, nén uốn Cần tiến hành kiểm tra khả năng chịu lực của cột đối với từng trục đối xứng. Khả năng chịu lực của cột dưới tác dụng của moomen và lực dọc được xác định theo đường cong tương tác M-N. Trên đường cong giới hạn: - Điểm A: khả năng chịu nén NNA pl.Rd , MA 0 - Điểm B: khả năng chịu uốn NB 0 , MMB pl.Rd
  155. - Điểm C: cùng có khả năng chịu uốn nhưng có lực nén fck NNAC pm.Rd c , MMC pl.Rd c - Điểm D: mômen uốn đạt giới hạn lớn nhất 1 1 fck NNAD pm.Rd c , 2 2 c fy fs 1 f cd MWWWD pa ps pc a  s2  c Trong các công thức trên, 0,85 đối với cột bọc bêtông, 1,0 đối với cột rỗng nhồi bêtông,
  156. Đường cong tương tác mômen uốn và lực dọc M-N
  157. Phân bố ứng suất tương ứng với đường cong tương tác
  158. Phân bố ứng suất tương ứng với đường cong tương tác
  159. 7.1. Ảnh hưởng của phân bố mômen Khi tính toán, giả thiết của phương pháp đơn giản là kết cấu cứng, nhưng không thể bỏ qua được ảnh hưởng phi tuyến hình học làm tăng mômen trong cột so với khi tính tuyến tính. Tức là phải phân tích sự làm việc của cột liên hợp kể đến hiệu ứng bậc hai. Điều kiện cần kiểm tra cột liên hợp khi tách ra từ kết cấu cứng: N Sd 0,1, Ncr
  160. Nếu  0,2(2 r) , trong đó r là tỷ số của mômen hai đầu cột (-1 r 1), nếu có tải trọng ngang tác dụng lên cột thì lấy r=1,0. Ảnh hưởng của sự làm việc phi tuyến được tính đơn giản bằng cách nhân mômen khi phân tích tuyến tính với hệ số k,  k 1,0 N , 1- Sd Ncr Với  0,66 0,44r và  1,0 nếu có tải trọng ngang tác dụng vào thân cột.
  161. 7.2. Ảnh hưởng của lực cắt Khi tính toán coi như lực cắt chỉ do cột thép chịu. Khi tính ảnh hưởng của lực cắt đến khả năng chịu uốn của cột, sẽ sử dụng đường cong M-V tương tự như đối với dầm liên hợp (đã trình bày ở phần dầm liên hợp).
  162. 7.3. Khả năng chịu lực của cột liên hợp chịu nén và chịu uốn theo một phương Phương pháp tính được thể hiện: Các ký hiệu: N Rd - khả năng chịu nén dọc trục tính toán của cột, N pl.Rd - khả năng chỉ chịu nén dọc trục tối đa của cột, M Rd - khả năng chịu mômen tính toán của cột, M pl.Rd - khả năng chỉ chịu mômen tối đa của cột,
  163. Phương pháp tính cột chịu nén uốn theo một phương
  164. N pl.Rd - khả năng chỉ chịu lực nén dọc trục thực tế của cột, khi kể đến các sai số hình học và độ mảnh,  là thông số thể hiện khả năng chịu uốn dọc của cột khi chỉ chịu nén dọc trục, NSd d N pl.Rd trong đó: NSd - lực dọc tính toán,  - thông số thể hiện tác động dọc trục,
  165. n - thông số thể hiện giá trị của NSd ứng với khả năng chịu mômen lớn nhất của tiết diện, 1-r   n 4 Nhưng n  d , r là thông số kể đến ảnh hưởng của sự phân bố tuyến tính của mômen đến khả năng chịu lực dọc trục của cột. Sự phân bố mômen không phải là tuyến tính thì n 0 , giá trị r lấy theo hình dưới đây. Mômen bền tính toán của tiết diện ngang được lấy:
  166. MRd 0,9.  .M pl.Rd Và giá trị của mômen tính toán, MMSd Rd Giá trị chiều dài  được xác định: k()  d  n  d  n Hệ số 0,9 kể đến các yếu tố sau: - Đường cong bền M-N được xác định coi như tiết diện chảy dẻo hoàn toàn dưới tác dụng của N và M
  167. - Mômen MSd được xác định khi coi như tiết diện không bị nứt, thực tế khi mômen đủ lớn cột sẽ xuất hiện vết nứt ảnh hưởng đến độ cứng của nó.
  168. 7.4. Khả năng chịu lực của cột liên hợp chịu nén và chịu uốn theo hai phương Do sự khác nhau theo hai phương về độ mảnh, về mômen uốn và khả năng chịu mômen uốn nên đại đa số rường hợp cần kiểm tra cột theo cả hai phương. Tuy nhiên, chỉ kể đến sự chế tạo không chính xác đối với phương có thể xảy ra phá hoại. Nếu nghi ngờ về phương có khả năng phá hoại, thì an toàn nhất là kiểm tra theo cả hai phương. Đường cong về khả năng chịu lực M-N thể hiện như ở hình sau:
  169. Tính toán cột chịu nén uốn theo hai phương (a) Phương giả thiết xảy ra phá hoại và phải kể đến sự chế tạo không chính xác, (b) Phương không kể đến sự chế tạo không chính xác
  170. Biểu đồ tương tác khả năng chịu uốn theo hai phương
  171. Điều kiện đủ khả năng chịu lực của cột: My.Sd 0,9  y M pl.y.Rd Mz.Sd 0,9  z M pl.z.Rd M y.Sd M z.Sd 1,0 yMM pl.y.Rd pl.z.Rd Mpl.y.Rd , Mpl.z.Rd được tính toán như trên theo trục tương ứng.
  172. CHƯƠNG 6: NÚT LIÊN KẾT DẦM - CỘT I. Giới thiệu chung Mối nối liên hợp là mối nối giữa cấu kiện liên hợp với cấu kiện khác mà cốt thép trong bêtông tham gia vào khả năng chịu lực. * Mối nối liên hợp, gồm: - Mối nối dầm phụ với dầm chính, - Mối nối dầm chính với dầm chính, - Mối nối dầm với cột.
  173. * Mối nối có thể được xem: - Khớp, - Nửa cứng, - Cứng. * Ba đặc trưng cần xem xét sự làm việc của mối nối: - Độ cứng, - Khả năng chịu lực, - Khả năng xoay.
  174. II. Phân loại mối nối 2.1. Theo độ cứng của mối nối Mối nối liên hợp cứng là mối nối mà biến dạng của nó không ảnh hưởng đáng kể đến sự phân bố nội lực trong kết cấu và đến biến dạng tổng thể của mối nối. Mối nối liên hợp nửa cứng không thể tách rời khỏi tính toán kết cấu vì sự phân bố trong kết cấu phụ thuộc vào độ cứng của mối nối. Theo tiêu chuẩn Châu Âu, phân loại mối nối là cứng, nửa cứng trên cơ sở so sánh giữa quan hệ mômen - góc xoay của mối nối với quan hệ mômen - góc xoay của dầm có mối nối đó.
  175. Sự phân bố trong kết cấu phụ thuộc vào độ cứng của mối nối
  176. Mối nối khớp
  177. Mối nối cứng
  178. Mối nối nửa cứng
  179. 2.2. Theo phần tử liên kết Mối nối dầm – dầm
  180. Mối nối dầm – cột
  181. III. Tính các đặc trưng của mối nối 3.1. Nguyên tắc chung Khi tính toán, giả thiết của phương pháp đơn giản là kết Mối nối liên hợp là mối nối giữa cấu kiện liên hợp với cấu kiện khác mà cốt thép trong bêtông tham gia vào khả năng chịu lực.
  182. Mối nối không xét sự làm việc của sàn
  183. Mối nối xét sự làm việc của sàn
  184. 3.2. Khả năng xoay của mối nối Khả năng xoay của mối nối được xác định: 2 1 Sj.ini z  ci Trong đó: z - cánh tay đòn của nút, ci - độ cứng tương đương của phần từ thứ i,
  185. 3.3. Mômen giới hạn của mối nối Mômen kháng giới hạn của mối nối được xác định: MRd  F L,t,i,Rd .h i Trong đó:  FL,t,i,Rd - tổng lực kéo của nút, hi - cánh tay đòn của lực kéo thứ i,
  186. 3.2. Độ cứng khi uốn của mối nối Độ cứng khi uốn của mối nối được xác định: M S  Trong đó: M - mômen tác động vào mối nối,  - góc xaoy tương ứng của mối nối,
  187. CHƯƠNG 7: KẾT CẤU KHUNG CHỊU LỰC NHÀ CAO TẦNG BẰNG KẾT CẤU LIÊN HỢP I. Giới thiệu chung Cũng như kết cấu nhà cao tầng bằng bêtông hoặc thép, kết cấu nhà cao tầng liên hợp thép – bêtông cũng có nhiều dạng khác nhau. Việc lựa chọn sơ đồ hợp lý phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: Chiều cao nhà, đặc điểm tải trọng, kích thước tỷ lệ lưới cột, các yêu cầu kiến trúc v.v
  188. Hệ kết cấu thép và số tầng
  189. II. Vấn đề độ cứng ngang và chi phí thép cho kết cấu chịu lực Kết cấu nhà nhiều tầng chịu các lực đứng, lực ngang. Với nhà khoảng 30 đến 40 tầng, trọng lượng thép gần như thay đổi tuyến tính với số tầng. Trong nhà cao tầng, giá thành của hệ sàn chiếm trên nửa tổng giá thành của kết cấu. Tăng số tầng, đồng nghĩa tăng độ mảnh của kết cấu thì các tác động ngang sẽ ảnh hưởng đến khối lượng kết cấu (tăng nhanh hơn so với tăng tuyến tính).
  190. Với hệ kết cấu từ 20 đến 30 tầng, ảnh hưởng của lực đứng sẽ làm giảm tác dụng của lực ngang. Khi chiều cao nhà tăng đến mức nào đó thì biến dạng ngang trở nên nguy hiểm, lúc đó việc lựa chọn kết cấu và tổ chức không gian kết cấu là nhiệm vụ quan trọng.
  191. 2.1. Hệ sườn chịu lực dạng khung * Cấu tạo: Hệ khung không gian
  192. - Một trong hai hướng chính trực giao, dầm và cột liên kết cứng với nhau tạo nên khung phẳng. Theo hướng khác, các khung này được nối với nhau bằng dầm liên tục hoặc tựa khớp. Nếu tựa khớp cần có hệ giằng dọc. - Thường nhà thiết kế hệ khung, chiều cao không quá 20 tầng với mặt bằng và mặt đứng cân đối.
  193. * Đặc điểm làm việc: - Sự làm việc của chúng với tải trọng ngang phụ thuộc vào số nhịp, độ lớn nhịp và kích thước các dầm chính và cột. Thường nhịp 6m đến 9m. - Khi chịu tải trọng ngang, độ siêu tĩnh càng lớn cho phép phân bố lại nội lực trong dầm làm có lợi về mặt trọng lượng. - Chiều dài uốn dọc của cột lớn hơn chiều cao tầng, ổn định cột đối với uốn dọc bất lợi hơn. - Cần tuân thủ yêu cầu về chuyển vị ngang giữa các tầng và chuyển vị ngang tổng thể tại cao trình tầng trên cùng.
  194. Biến dạng của khung
  195. 2.2. Hệ giằng * Cấu tạo: Hệ giằng
  196. Một số kiểu giằng
  197. - Có dầm và cột liên kết khớp với nhau, theo cách: + Dầm liên tục, cột ngắt quãng theo tầng, + Cột liên tục, dầm liên kết khớp ở hai đầu. - Đảm bảo ổn định cho hệ kết cấu bởi hệ giằng đứng (theo một hoặc nhiều mặt phẳng), hệ giằng bố trí giữa hai hang, trục của giằng bố trí hội tụ với trục cột và trục dầm và liên kết khớp - Giằng có cấu tạo: chữ thập, chữ K, chữ V, chữ Z.
  198. * Ưu điểm và nhược điểm: - So với mối nối cứng, nút kết cấu khớp chế tạo đơn giản và giẻ hơn, - Lắp dựng nhanh và đơn giản, do thực hiện các mối nối đơn giản, - Cột chủ yếu chịu tải trọng đúng tâm, thuận lợi cho việc thiết kế cột, - Chiều dài uốn dọc của cột, nhỏ hơn hoặc bằng chiều cao cột nên có lợi cho cột về mặt ổn định,
  199. * Nhược điểm: - Chiều cao dầm có thể lớn, do không được lien kết cứng với cột, - Hệ kết cấu chỉ phù hợp với nhà có chiều cao nhỏ hơn 30 tầng, - Cần thiết phải đặt giằng công trình theo ba phương, mâu thuẫn với yêu cầu kiên trúc về không gian sử dụng và công năng,
  200. 2.3. Hệ hỗn hợp tương tác khung giằng * Cấu tạo: - Giống như khung cứng, nhưng bố trí cả hệ giằng đứng. Hệ hỗn hợp khung giằng
  201. * Đặc điểm làm việc: - Khi đó tận dụng được ưu điểm của hệ khung và hệ gằng, cho phép kết cấu tăng độ cứng ngang của khung. - Tải trọng ngang tác dụng phân cho cả khung và giằng theo tỷ số độ cứng của chúng.
  202. 2.4. Hệ khung có dầm rỗng (giàn) bố trí so le Khi công trình dài, mặt bằng bố trí diện tích đều đặn đòi hỏi khoảng cánh các cột lớn và tải trọng lớn, chiều cao kết cấu sàn trở thành nhược điểm vì nó làm tăng chiều cao công trình. Trong khung ngang bố trí cách tầng là giàn với chiều cao giàn là theo chiều cao tầng, có nghĩa sàn nhà được tựa lên cánh trên và cánh dưới của giàn. Theo hướng dọc nhà các giàn bố trí so le. Theo đó, các giàn thường là cánh song song có thanh bụng chéo chịu tác dụng của tải trọng đứng, mặt khác đảm bảo ổn định ngang của khung.
  203. 2.5. Hệ giằng và hệ vành đai tầng Một số công trình dài, mặt bằng bố trí diện tích đều đặn đòi hỏi khoảng cánh các cột lớn và tải trọng lớn, chiều cao kết cấu sàn trở thành nhược điểm vì nó làm tăng chiều cao công trình.
  204. Mặt cắt và mặt bằng
  205. Sự làm việc
  206. 2.6. Hệ lõi Hệ hỗn hợp với lõi bằng bêtông cốt thép (hoặc bằng thép) và khung chịu lực, chúng mang lại hiệu quả kinh tế cao. Lõi có thể bố trí ở tâm công trình hoặc ở bên (khi có nhiều lõi). Lõi thường được kết hợp là bộ phận giao thong thẳng đứng như thang máy, thang bộ đôi khi là bộ phận phục vụ như vệ sinh, phòng kho, khu điều hành. Chúng chịu toàn bộ tải trọng ngang và một phần tải trọng đứng. cho phép giải phóng không gian cho các khung do không cần bố trí giằng (thẩm mỹ về kiến trúc và dễ bố trí công năng bên trong).
  207. Thông thường mặt bằng hình chữ nhật hoặc hình vuông với lõi có tiết diện ngang là hình chữ nhật, tròn, đôi khi là hình tam giác.
  208. Hệ lõi bêtông cốt thép
  209. Hệ lõi bêtông cốt thép
  210. Lý tưởng hóa hệ kết cấu chịu lực
  211. 2.7. Hệ ống Khi hệ cột ở biên theo chu vi nhà đặt gần nhau và chúng lien kết thật cứng với nhau bởi các dầm dưới dạng lanh tô (dầm có chiều cao lớn). Điều bắt buộc là phải đảm bảo tính liên tục của dầm ở chỗ các góc. Do vậy, hệ khung tổng thể của nhà được chuyển thành dạng ống mà phần chịu lực được bố trí ở chu vi có các lỗ thủng làm cửa sổ. Khi cấu tạo khung biên, do kích thước cột và dầm lanh tô lớn (thường là thép tổ hợp dùng liên kết hàn), cần cấu tạo các môđun cấu kiện để thuận lợi cho lắp đặt tại công trường.
  212. Phân bố lực dọc khi chịu tải trọng gió
  213. Cấu tạo một đoạn khung
  214. Với các nhà có chiều cao lớn, có thể tăng độ cứng ngang bằng việc bố trí hệ giằng chữ tập ở mỗi đoạn khung (thường chiều cao 20 tầng) ở các mặt.
  215. Công trình John Hancock Centre, 100 tầng, 337,5m
  216. 2.8. Hệ khung dạng ống bó lại Đặt các ống liền kề nhau, chúng tương tác với nhau khi làm việc có lợi đặc biệt có kết cấu nhà có chiều cao lớn.
  217. Công trình Sears Tower ở Chicago
  218. 2.9. Hệ lai tạp Với các hệ thống kết cấu chịu lực như đã nêu, chúng đều có những ưu điểm riêng, vấn đề kết hợp để tận dụng các ưu điểm của các hệ đó.
  219. Công trình Canadian Centre ở Calgary - Canada
  220. III. Giải pháp kết cấu đỡ sàn 1.1. Cách sắp xếp dầm trong hệ sàn
  221. Cách sắp xếp khác của hệ kết cấu sàn
  222. 1.2. Ảnh hưởng chịu lực do nhịp dầm và chiều cao kết cấu
  223. 1.3. Một số giải pháp kết cấu dầm trong nhà cao tầng Như đã biết, đối với nhà cao tầng giá thành chịu lực của hệ sàn chiếm trên nủa giá thành của kết cấu. Do vậy giải pháp kết cấu sàn liên hợp có ảnh hưởng nhiều đến giá thành của công trình.
  224. Kết cấu nhịp đơn giản với thép hình (dùng nhịp trung bình)
  225. Kết cấu nhịp đơn giản với thép hình (dùng nhịp lớn)
  226. Dầm có bản bụng khoét lỗ
  227. Dầm thay đổi tiết diện
  228. Dầm thay đổi tiết diện
  229. Một số giải pháp kết cấu dầm
  230. Dầm khoét lỗ
  231. Giàn có khoang cứng Vierendeel
  232. Dầm liên hợp có nách
  233. Dầm liên hợp có nách
  234. Dầm ứng suất trước
  235. Chi tiết neo trong dầm ứng suất trước
  236. Các bước tạo biến dạng
  237. Giảm chiều cao kết cấu
  238. Liên kết dầm - vách
  239. Liên kết dầm – vách
  240. CÂU HỎI THU HOẠCH 1. Quy trình tính toán bản sàn liên hợp thép – bêtông theo tiêu chuẩn Eurocode EC4. 2. Quy trình tính toán dầm liên hợp thép – bêtông theo tiêu chuẩn Eurocode EC4. 3. Quy trình tính toán cột liên hợp thép – bêtông tiêt diện đối xứng trục theo tiêu chuẩn Eurocode EC4. (nộp cho giáo viên sau 7 ngày, thể hiện khổ A4 có bìa)