Bài giảng Bê tông cốt thép 2: Kết cấu nhà dân dụng

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 độ cứng lớn.  Khung không dầm: bản sàn + cột ; cho phép tạo trần phẳng, giảm chiều cao tầng, dễ làm ván khuôn, dễ đặt cốt thép và đổ bêtông 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (2) Nút khung:  Cứng: độ cứng của khung cao, biến dạng ít, moment uốn phân phối tương đối đều đặn hơn ở đầu mút và giữa các thanh làm việc hợp lý hơn, vượt nhịp lớn hơn. Khớp: độ 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 độ cứng hợp lý giữa các cấu kiện  phân phối nội lực hợp lý giữa các bộ phận  giảm biến dạng, bảo đảm bền vững. 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (3) • Phân loại khung  Phương 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 định 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) MOÄT SOÁ SÔ ÑOÀ KHUNG 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (5) 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (6) SO SAÙNH KHUNG COÙ NUÙT CÖÙNG VAØ NUÙT KHÔÙP 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (7) KHUNG COÙ LIEÂN KEÁT KHÔÙP COÄT VÔÙI MOÙNG 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) • SƠ ĐỒ KẾT CẤU KHUNG:  Khung phẳng: • Các bộ phận nằm trong cùng một mặt phẳng và các tải trọng tác dụng trong mặt phẳng đó  Khung không gian: • Các bộ phận không cùng nằm trong một mặt phẳng hoặc tuy cùng nằm trong một mặt phẳng nhưng có chịu tải trọng tác dụng ngoài mặt phẳng khung. 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (10) Nhà khung: hệ khung chịu tải đứng và ngang  Nhà kết hợp (với lõi cứng, vách cứng): khung chịu phần tải đứng trực tiếp truyền vào nó và phần tải trọng ngang được phân phối cho nó. *** Hệ khung là hệ không gian, nhưng sự làm việc và tính toán có thể theo sơ đồ không gian hoặc sơ đồ phẳng tùy tải trọng tác dụng và mức độ gần đúngchấp nhận được. 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (11) panen saøn saøn toaøn khoái saøn toaøn khoái TRUYEÀN TAÛI TROÏNG THAÚNG ÑÖÙNG TÖØ SAØN VAØO KHUNG 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) GIOÙ GIOÙ GIOÙ GIOÙ GIOÙ G IO Ù G IO Ù CAÙC TRÖÔØNG HÔÏP HEÄ KHUNG CHÒU TAÛI TROÏNG NGANG 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (13) 2.KHUNG BÊTÔNG CỐT THÉP TOÀN KHỐI  Khung chịu cả tải ngang và tải đứng cần cấu tạo nút cứng, cột ngàm với móng.  Nếu có vách cứng, lõi cứng chịu tải ngang; khung chỉ chịu tải đứng 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 như cấu kiện chịu uốn (N nhỏ, có thể bỏ qua) - cong,gãy khúc với độ dốc lớn: cấu kiện chịu nén (hoặc kéo) lệch tâm (N đáng 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 như cấu kiện chịu nén lệch tâm. • - Nếu cột chịu kéo LT thì cần quan tâm đến lực cắt. • - Cốt thép dọc: max= 3,5% 4% (một số tiêu chuẩn lấy max đến 6%) - Khi hàm lượng cốt thép lớn  =68% (nhà nhiều tầng)  cần cốt đai dày hơn, trên tiết diện thì các cốt dọc phải được giằng lại bằng cốt đai hoặc các thanh giằng để hạn chế sự nở ngang của BT. • Có thể dùng cốt cứng cho dầm và cột, lúc đó 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 đai giữ cho cốt dọc không bị cong và bật ra ngoài cốt đai chịu kéo phải neo chắc chắn.  Yêu cầu kháng chấn: đai dày hơn trong đoạn gần sát nút khung.Đặt đai 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  độ lệch tâm lớn, phải neo thép chịu kéo của dầm, cột thận trọng. Có thể tạo nách để tránh ứng suất nén tập trung tại mắt, tăng khả năng chịu momen của dầm. e0/h  0,25 0,25  e0/h  0,5 e0/h > 0,5 NÚT Ở GÓC 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (21) Khi cột có nhiều hơn 4 thanh cốt dọc thì không được nối thép tại một vị trí mà phải nối tại nhiều vị trí khác nhau. cốt đai gia cường tại đoạn 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 M M 8 3 tghS   Tại chỗ gãy khúc, dưới tác dụng của momen dương, lực trong cốt thép chịu kéo và nén tạo hợp lực hướng ra ngoài. Cần đặt cốt đai chịu những lực đó, α càng nhỏ thì hợp lực càng lớn. 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (30)  Cốt đai đóng vai trò giữ cốt dọc không tách khỏi bê tông.  QP: Cốt đai phải đủ chịu 100% hợp lực của cốt thép không neo vào vùng nén (α≥160) và đủ chịu 35% hợp lực của cốt thép đã 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 đứng: Truyền theo một phuơng hay hai phương? Tính theo khung phẳng hay khung không gian, hoặc hai khung phẳng giao nhau? Khi phân phối tải thẳng đứng cho một khung phẳng, được phép bỏ qua tính liên tục của dầm dọc hoặc dầm ngang.  Với tải trọng ngang: Tính theo một phương hay hai phương? Phân phối tải trọng ngang cho khung, tường cứng, lõi cứng? 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (32) TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN Sơ bộ chọn kích thước TD Sơ đồ tính Tải trọng Nội lực, tổ hợp kiểm tra kích thước TD Tính thép -kiểm tra độ võng, khe nứt -Tính mối nối -Tính CK khi vận chuyển, sản xuất, lắp ghép CHỌN SƠ BỘ KÍCH THƯỚC TIẾT DIỆN, CHỌN VẬT LIỆU - So sánh, dựa vào các thiết kế tương tự, kinh nghiệm thiết kế - Tính toán sơ bộ dựa vào nhịp, tải trọng, đk sử dụng, yêu cầu kiến trúc, 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (33) CHỌN SƠ BỘ KÍCH THƯỚC TIẾT DIỆN a. Xà ngang: Cách xác định 1: m l h  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 18  24 18  30 Chiều rộng b của xà ngang đảm bảo h=(2-4)b 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (34) Cách xác định 2: Giả thiết trước b theo yêu cầu cấu tạo, mỹ quan   bR M h b 27,10  M = (0,6  0,7)M0 ahh 0 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (35) b. Cột b t R Nk A   Các yêu cầu Kiến trúc: yêu cấu thẩm mỹ và sử dụng không gian Kết cấu: độ bền (tính thép) và độ ổn định Ổn định: hạn chế độ mảnh (cột nhà có gh=100) Thi công: b, h là bội số của 5cm hoặc 10cm  Xác định diện tích tiết diện cột sơ bộ (A):  Giảm khả năng chịu lực của cột theo chiều cao: Giảm kích thước tiết diện Giảm cốt thép Giảm mác (cấp độ bền) bêtông gh i l   0 5,12,1 tk 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (36) • - Sau khi xác định diện tích tiết diện ngang của cột A theo công thức trên, xác định kích thức tiết diện b x h của hình chử nhật hoặc đường kính D của cột tiết diện tròn. • - Chiều rộng b được chọn theo yêu cầu cấu tạo và độ 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 động của gió lên công trình phụ thuộc hai nhóm thông số:  Các thông số của không khí: tốc độ, áp lực, nhiệt độ, sự biến động theo thời gian Các thông số của vật cản: hình dạng, kích thước, độ nhám của bề mặt, hướng của vật cản so với chiều gió và các vật cản kế cận.  Tải trọng gió gồm hai thành phần (hiệu ứng) tĩnh và động. 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 Wj tại điểm j ứng với độ cao zj so với mốc chuẩn Wj = W0 k(zj) c Hệ số khí động c, nếu gộp chung phía đón gió và phía khuất gió, c = 0,8 + 0,6 = 1,4 tm g t j jt z z zk 2 844,1)(          2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (39) 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (40) LẬP SƠ ĐỒ TÍNH KHUNG  Sơ đồ tính phải phù hợp với làm việc thực tế của khung, phản ánh tương đối đúng các liên kết tại mắt khung.  Một số giả thiết đơn giản hóa có thể chấp nhận được: Độ dốc của xà  1/8  xem như xà nằm ngang Trong 1 nhịp xà có 5 tải trọng tập trung trở lên  đổi thành tải phân bố đều. Chiều dài nhịp khác nhau dưới 10%  tính khung đều nhịp Liên kết giữa thanh căng với xà xem là khớp Nếu nhà cao hơn 40m, tĩnh tải lớn so với hoạt tải (g≥2p)  gộp toàn bộ hoạt tải sàn và tĩnh tải để tính. (không cần xếp hoạt tải đứng cách tầng cách nhịp)  vv,  Các trường 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 phương pháp đàn hồi, muốn tính toán có chính xác cách mấy vẫn không chính xác, vì: Các đặc trưng của tiết diện là không chắc chắn, vì sự hình thành và mở rộng vết nứt Thường không kể ảnh hưởng của cốt thép vào độ 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 đàn hồi  xuất hiện khớp dẻo  phân phối lại nội lực ? Aûnh hưởng của các cấu kiện phi kết cấu (tường, vách ngăn) chưa xét ? Bêtông không phải là vật liệu đàn hồi tuyến tính 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (44) • - Tuy nhiên, kinh nghiệm thực tế cho thấy thiết kế đàn hồi thường thiên về an toàn. Nếu thiết kế tốt, kết cấu siêu tĩnh nếu có độ dẻo thì khi vượt tải sẽ khó bị sụp đổ vì có sự chuyển dời nội lực sang những vùng có ứng suất nhỏ hơn. • CỘT KHUNG PHẲNG  Ở mỗi tiết diện (chân cột và đỉnh cột) cần tìm các cặp nội lực: (Mmax, Ntư); (Mmin, Ntư); (Mtư, Nmax)  Tại tiết diện nối cột với móng, còn phải xác định lực cắt Qtư • CỘT KHUNG KHÔNG GIAN (cốt thép đối xứng) (Mx max, My tư, Ntư); (Mx tư, My max, Ntư); (Mx tư, My tư, Nmax) 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (45) DẦM Ở mỗi tiết diện (giữa nhịp và hai đầu) cần tìm các nội lực: Mmax, Mmin, Qmax 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 độ: Lý do: kc siêu tĩnh khi có nhiệt độ thay đổi 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 đáy móng đặt trên nền có sự thay đổi đáng kể về tính chất cơ lí. - Công trình có mặt bằng đổi hướng. - Công trình có chiều cao thay đổi đột ngột. 2. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (49) Khe kháng chấn: Bố trí khi công trình được xây dựng ở vùng động đất, thông thường khe kháng chấn lớn hơn khe lún, khe nhiệt độ. •Kết thúc phần 2