Chuyên đề Kết cấu liên hợp thép-Bê tông

theo đường cong uốn dọc Châu Âu, hoặc tính theo công thức: 22 1 1       với   20,5 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, 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, Đường cong uốn dọc Châu Âu 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 A pl.RdN N , AM 0 - Điểm B: khả năng chịu uốn BN 0 , B pl.RdM M - Điểm C: cùng có khả năng chịu uốn nhưng có lực nén ck C pm.Rd c c fN N A    , C pl.RdM M - Điểm D: mômen uốn đạt giới hạn lớn nhất ck D pm.Rd c c 1 1 fN N A 2 2     , y s cd D pa ps pc a s c f f 1 fM W W W 2        Trong các công thức trên, 0,85  đối với cột bọc bêtông, 1,0  đối với cột rỗng nhồi bêtông, Đường cong tương tác mômen uốn và lực dọc M-N Phân bố ứng suất tương ứng với đường cong tương tác Phân bố ứng suất tương ứng với đường cong tương tác 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: Sd cr N 0,1 N  , 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, Sd cr k 1,0N1- N    , Với 0,66 0,44r   và 1,0  nếu có tải trọng ngang tác dụng vào thân cột. 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). 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: RdN - khả năng chịu nén dọc trục tính toán của cột, pl.RdN - khả năng chỉ chịu nén dọc trục tối đa của cột, RdM - khả năng chịu mômen tính toán của cột, pl.RdM - khả năng chỉ chịu mômen tối đa của cột, Phương pháp tính cột chịu nén uốn theo một phương pl.RdN - 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, Sd d pl.Rd N N   trong đó: SdN - lực dọc tính toán,  - thông số thể hiện tác động dọc trục, n - thông số thể hiện giá trị của SdN ứng với khả năng chịu mômen lớn nhất của tiết diện, n 1-r 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: Rd pl.RdM 0,9. .M  Và giá trị của mômen tính toán, Sd RdM M 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 - Mômen SdM 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. 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: 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 Biểu đồ tương tác khả năng chịu uốn theo hai phương Điều kiện đủ khả năng chịu lực của cột: y.Sd y pl.y.RdM 0,9 M  z.Sd z pl.z.RdM 0,9 M  y.Sd z.Sd y pl.y.Rd pl.z.Rd M M 1,0 M M    pl.y.RdM , pl.z.RdM được tính toán như trên theo trục tương ứng. 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. * 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. 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. Sự phân bố trong kết cấu phụ thuộc vào độ cứng của mối nối Mối nối khớp Mối nối cứng Mối nối nửa cứng 2.2. Theo phần tử liên kết Mối nối dầm – dầm Mối nối dầm – cột 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. Mối nối không xét sự làm việc của sàn Mối nối xét sự làm việc của sàn 3.2. Khả năng xoay của mối nối Khả năng xoay của mối nối được xác định: 2 j.ini i 1S z c   Trong đó: z - cánh tay đòn của nút, ci - độ cứng tương đương của phần từ thứ i, 3.3. Mômen giới hạn của mối nối Mômen kháng giới hạn của mối nối được xác định: Rd L,t,i ,Rd iM F .h Trong đó: L,t,i ,RdF - tổng lực kéo của nút, hi - cánh tay đòn của lực kéo thứ i, 3.2. Độ cứng khi uốn của mối nối Độ cứng khi uốn của mối nối được xác định: MS   Trong đó: M - mômen tác động vào mối nối,  - góc xaoy tương ứng của mối nối, 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… Hệ kết cấu thép và số tầng 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). 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. 2.1. Hệ sườn chịu lực dạng khung * Cấu tạo: Hệ khung không gian - 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. * 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. Biến dạng của khung 2.2. Hệ giằng * Cấu tạo: Hệ giằng Một số kiểu giằng - 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. * 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, * 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, 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 * 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. 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. 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. Mặt cắt và mặt bằng Sự làm việc 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). 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. Hệ lõi bêtông cốt thép Hệ lõi bêtông cốt thép Lý tưởng hóa hệ kết cấu chịu lực 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. Phân bố lực dọc khi chịu tải trọng gió Cấu tạo một đoạn khung 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. Công trình John Hancock Centre, 100 tầng, 337,5m 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. Công trình Sears Tower ở Chicago 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. Công trình Canadian Centre ở Calgary - Canada III. Giải pháp kết cấu đỡ sàn 1.1. Cách sắp xếp dầm trong hệ sàn Cách sắp xếp khác của hệ kết cấu sàn 1.2. Ảnh hưởng chịu lực do nhịp dầm và chiều cao kết cấu 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. Kết cấu nhịp đơn giản với thép hình (dùng nhịp trung bình) Kết cấu nhịp đơn giản với thép hình (dùng nhịp lớn) Dầm có bản bụng khoét lỗ Dầm thay đổi tiết diện Dầm thay đổi tiết diện Một số giải pháp kết cấu dầm Dầm khoét lỗ Giàn có khoang cứng Vierendeel Dầm liên hợp có nách Dầm liên hợp có nách Dầm ứng suất trước Chi tiết neo trong dầm ứng suất trước Các bước tạo biến dạng Giảm chiều cao kết cấu Liên kết dầm - vách Liên kết dầm – vách 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)