Đang tải... (xem toàn văn)
Tinh toan tiet dien cot BTCT
TMK TORN TET OE tl IHM tÍ THE? GS NGUYEN DINH CONG TINH TORN TET DLE , hk A CAT BE TONG GOT THED A A A SACH XUAT BAN KY NIEM 40 NAM THANH LAP TRUONG DAI HOC XAY DUNG 1966 - 2006 NHA XUAT BAN XAY DUNG HA NOI - 2006 LOI NOI DAU Thiết kế kết cấu bêtơng cốt thép gồm nhiều cơng đoạn tính toán tiết diện cột phần tương đối quan trọng chứa đựng số vấn đề phức tạp cột chịu nén lệch tâm xiên; cột có tiết điện trịn chữ T Những vấn đề có đề cập tới Tiêu chuẩn thiết kế số giáo trình sách tham khảo thường trình bày dạng ngun lý chung mà í† tiết hóa, cụ thể hóa để vận dụng trực tiếp Ngay trường hợp đơn giản tiết diện chữ nhật chịu nén lệch tâm phẳng, giới thiệu nhiều tài liệu, cụ thể hóa cơng thức tính tốn cịn chứa đựng vài vấn đề cần làm sáng tỏ Trong thiết kế cơng trình, nhiều kỹ sư sinh viên thường gặp vấn đề vừa nêu yêu cầu tác giả giải đáp Điều thơi thúc tác giả biên soạn tài liệu nhằm giới thiệu số vấn đề tính tốn, hy vọng cung cấp thông tin phương pháp cần thiết cho cán nghiên cứu thiết kế Đây tài liệu tham khảo mà số nội dung vượt ngồi giáo trình thơng thường bậc đại học Những vấn đề tính tốn chủ yếu theo sát tiêu chuẩn thiết kế hành Việt Nam TCXDVN 356 : 200% Tuy có số vấn đề mở rộng, giới thiệu theo nhiều quan điểm khác nhằm giúp độc giả hiểu sâu rộng lý thuyết bêtông cốt thép Tiêu chuẩn TCXDVN 3%6 - 2005 ban hành có hiệu lực từ tháng 11 năm 200%, dùng để thay tiêu chuẩn TCVN 5574 - 199] Trong trình biên soạn tài liệu (2004 - 2005) tác giả dựa vào tiêu chuẩn TCVN 5574 Khi TCXDVN 356 cơng bố tài liệu chế xong chuẩn bị đem In Tác giả kịp thời sửa chữa thảo theo nội dung ký hiệu TCXDVN 356 Chắc chắn vấn đề quan trọng trình bày theo TCXDVN 356 Tuy có vài ví dụ dùng số liệu cũ TCVN 5574 tác giả để nguyên, thấy khơng gây nhâm lần nhận thức, khơng ảnh hưởng đến mức độ xác tài liệu Năm 2006 Trường Đại học Xây dựng kỷ miệm 40 năm thành lập 50 năm dao tao Tác giả viết tài liệu để góp phần vào lễ kỷ niệm Vì thời gian có hạn nên tác giả đề cập đến việc tính tốn số tiết điện cột mà chưa đưa thêm vấn đề khác xác định nội lực, cấu tạo tiết Hy vọng bổ sung hoàn chỉnh vào dịp khác Tác giả xin hoan nghênh tỏ lòng biết ơn bạn đọc ra, góp ý kiến cho sai sót tài liệu để tác giả hồn thiện Tác giả Chương Í ĐẠI CƯƠNG VỀ KHUNG VÀ CỘT BÊTÔNG CỐT THÉP 1.1 CÁC BƯỚC THIẾT KẾ KẾT CẤU KHUNG Thiết kế kết cấu bêtơng cốt thép nói chung kết cấu khung nói riêng thường theo thứ tự bước sau: Giới thiệu, mô tả kết cấu Lựa chọn phương án, lập sơ đồ kết cấu Chọn kích thước sơ tiết diện, chọn vật liệu Tính tốn tải trọng, dự kiến tác động Xác định nội lực, tổ hợp nội lực Tính tốn tiết diện, kiểm tra điều kiện sử dụng Thiết kế chi tiết, chọn cấu tạo, thể Các bước quy giai đoạn thiết kế gồm: Thiết kế sở (sơ bộ), thiết kế kỹ thuật thiết kế vẽ thi cơng Với cơng trình lớn thiết kế theo ba giai đoạn thiết kế sở gồm nội dung bước 1, 2, 3; thiết kế kỹ thuật gồm nội dung bước 4, 5, thiết kế vẽ thi công gồm nội dung bước Với cơng trình vừa nhỏ thiết kế theo hai giai đoạn giai đoạn (thiết kế trực tiếp vẽ thi công) thực bước có số bước làm gần đúng, đơn giản hóa Hồ sơ thiết kế gồm có thuyết minh vẽ Nội dung bước trình bày thuyết minh vẽ Ở bước I cần trình bày tên gọi kết cấu, vị trí (trên mặt kết cấu cơng trình), nhiệm vụ, đặc điểm kết cấu Bước bước quan trọng việc đề xuất phương án, phân tích so sánh để chọn phương án hợp lý có ý nghĩa lớn đến nhiều mặt Một phương án hợp lý kết cấu đảm bảo yêu cầu kiến trúc (yêu cầu sử dụng), bảo đảm độ bền vững, sử dụng tiết kiệm vật liệu thuận tiện cho thi cơng Việc đề xuất phương án theo hai cách: a) Dựa nhiệm vụ, đặc điểm kết cấu mà để phương án độc lập (do số người người) b) Trước tiên đưa phương án, phân tích ưu, nhược điểm phương án đó, sở tìm cách khắc phục nhược điểm mà đề xuất phương án khác Việc lập sơ đồ kết cấu cách đắn cần thiết Đối với nhà việc bố trí kết cấu tổng thể vẽ mặt kết cấu Đối với kết cấu khung ` xác định hình dạng, liên kết, kích thước Khi lập sơ đồ kết cấu trước hết cần quan tâm tới ồn định tổng thể chúng, sau xem xét đến làm việc phận Trong việc lập sơ đồ khung vấn đề khung phẳng khung không gian quan trọng, vấn đề để cập mục 1.2 Một số vấn đề tổ hợp nội lực chọn kích thước tiết diện trình bày mục 1.3 1.4 Nội dung tài liệu bao gồm việc tính tốn tiết diện theo hai dạng tốn: tính tốn cốt thép kiểm tra Tính tốn cốt thép biết nội lực kích thước tiết diện cần xác định lượng cốt thép cần thiết, đủ khả chịu lực Tính tốn kiểm tra biết tiết điện cốt thép cần kiểm tra xem tiết diện có đủ khả chịu nội lực cho trước hay khơng Việc chọn kích thước bước sơ bộ, hợp lý chưa Để đánh giá kích thước tiết diện chọn hợp lý hay không cần phải vào kết tính tốn cốt thép kết kiểm tra Nếu kích thước chọn bất hợp lý (quá bé lớn) cần phải chọn lại tính tốn lại 1.2 SƠ ĐỒ KẾT CẤU KHUNG Khung gồm có cột, dầm liên kết với liên kết với móng Trong sơ đồ khung cột dầm thay đường trục Về hình học làm việc, phân biệt khung phẳng khung không gian Khung gọi phẳng trục phận nằm mặt phẳng tải trọng tác dụng mặt phẳng Mặt phẳng gọi mặt phẳng khung mặt phẳng uốn Khung không gian trục phận không nằm mặt phẳng nằm mặt phẳng có chịu tải trọng tác dụng mặt phẳng khung Trong kết cấu nhà, khung thường cấu tạo thành hệ khơng gian (khối khung) Hệ khung khơng gian xem gồm khung phẳng liên kết với dầm mặt phẳng khung Tùy theo phương án kết cấu chịu lực nhà mà hệ khung thuộc nhà khung nhà kết hợp Với nhà khung, hệ khung chịu toàn tải trọng đứng tải trọng ngang > Tuy hệ khung không gian làm oo Với nhà kết hợp (với lõi cứng, vách cứng) khung chịu phần tải trọng đứng trực tiếp truyền vào chịu phần tải trọng ngang phân phối cho việc tính tốn theo sơ đồ không gian theo sơ đồ phẳng tùy thuộc vào tải trọng tác dụng mức độ gần chấp nhận Để phân biệt trường hợp làm việc khung phẳng hay không gian, xét trường hợp hệ khung D C đơn giản gồm cột A, B, C, D dầm liên kết đầu cột (hình 1.1) Khảo sát trường hợp khung chịu tải trọng đứng ngang Hình 1.1 Hệ khung đơn giản a) Khung chịu tải trọng đứng Tải trọng sàn truyền vào khung tùy thuộc vào kết cấu sàn theo trường hợp sau: Trường hợp Sàn lắp ghép dùng panen đặt theo phương (hình 1.2a), tải trọng từ panen truyền lên hai khung phẳng song song, hai khung làm việc theo khung phẳng, dầm vng góc với khung đóng vai trò liên kết, h I,> 2l, b | { I ' không chịu lực - Lesa ‡iii1t†1t abn : ‡†t†tt ”7 an ay Hình I.2 Các trường hợp sàn truyền tải trọng đứng vào khung Trường hợp Khi sàn toàn khối kê lên dầm mà tỷ số cạnh ban Ỉ ` + -“>2, xem gần chịu uốn phương, tải trọng từ truyền lên hai khung , Ị đối diện, khung làm việc theo khung phẳng (hình 1.2b) “ as ` ` Trường hợp Bản kê lên dầm mà tỷ số cạnh -*< 2, chịu uốn theo hai phương, truyền tải trọng lên dầm, hệ khung làm việc khơng gian (hình 1.2c) Trường hợp Khi dùng thêm dầm phụ (dầm sàn) để đỡ sàn, đầm phụ kê lên dầm khung Tùy theo sơ đồ bố trí dầm phụ mà xét khung làm việc phẳng khơng gian b) Khung chịu tải trọng ngang (gió) Tùy theo phương tải trọng Khi xét tải trọng gió theo phương ngang (hình 1.3a) khung AB DC làm việc theo khung phẳng Khi xét gió theo phương dọc (hình 1.3b) hai khung AD BC làm việc theo khung phẳng, cịn xét gió theo phương xiên hệ khung làm việc khơng gian Chú ý xét tác dụng gió người ta xem sàn cứng vô mặt phẳng nên sàn làm nhiệm vụ truyền tải trọng gió vào khung oA a) "Gió” D b) B c) A A Cc D C lè Hình 1.3 Các trường hợp hệ khung chịu tải trọng ngang Với hệ khung toàn nhà tiến hành phân tích để xem xét khung làm việc theo phẳng theo khơng gian Từ chỗ phân tích làm việc sàn để định cách truyền tải trọng đứng Khi mà xem tồn tải trọng đứng sàn truyền lên khung ngang (hoặc khung dọc) khung xem làm việc theo khung phẳng tác dụng tải trọng đứng Ngược lại phải truyền tải trọng đứng lên khung dọc ngang có khung không gian Với tải trọng ngang, thường người ta dựa vào mặt kết cấu nhà để xét trường hợp bất lợi tải trọng Khi mặt nhà hẹp mà dài, độ cứng tổng thể nhà theo phương ngang bé so với phương dọc Lúc tác dụng gió theo phương ngang bất lợi xét gió theo phương ngang (hình 1.4a) khung ngang tính theo khung phẳng, chịu tác dụng phần tải trọng gió phân phối cho § a) Gió b) —ờ Hình I.4 Các trường hợp bất lợi gió kết cấu nhà Khi mặt kết cấu nhà có dạng gần vuông, độ cứng tổng thể nhà theo hai phương gần phải xét tác dụng gió theo ba trường hợp: ngang, dọc xiên (hình 1.4b) Với gió dọc ngang nhà khung làm việc phẳng cịn với gió xiên, khung làm việc khơng gian Tính tốn nội lực khung phẳng tốn kết cấu thơng thường, giải nhiều phương pháp khác Hiện toán khung phẳng chủ yếu giải nhờ việc sử dụng phần mềm tính tốn máy tính Tính tốn nội lực khung không gian phức tạp thường giải nhờ chương trình mạnh Có thể giải gần tốn khung khơng gian cách đưa toán phẳng theo cách phân chia hệ khung thành khung dọc khung ngang, khung xếp đặt tĩnh tải hoạt tải tác dụng lên khung Giải tồn khung dọc khung ngang theo trường hợp khung phẳng Nội lực dầm khung dầm nội lực cột tổng nội lực cột hai khung giao 1.3 TỔ HỢP NỘI LỤC KHUNG 1.3.1 Đại cương tổ hợp nội lực Khi tính tốn nội lực khung cần tính riêng nội lực tải trọng thường xuyên (nh tải) nội lực trường hợp khác tải trọng tạm thời (hoạt tải) Cuối cần tổ hợp để tìm giá trị nội lực bất lợi Với khung phẳng thuộc kết cấu nhà dân dụng, tổ hợp cần xét trường hợp tải trọng sau: Tải trọng thường xuyên (nh tải) (hình 1.5a) Tải trọng tạm thời cách tầng cách nhịp trường hợp I (hình 1.5b) Tải trọng tạm thời cách tầng cách nhịp trường hợp (hình 15.c) Tải trọng tạm thời toàn dầm (hình 1.5d) Tải trọng gió từ trái sang (hình 1.5e) Tải trọng gió từ phải sang (hình 1.5g) b 2ttaliiliiliil Piitidbiiviit L1111}1ì E111: L1Li on a he tL ah L 1L TL P3 L a bi bi LÍ e be te te bitdo leeds Li|ti|iiL|ii| ritistecliey d m aA LÍ Li 44 _ Pt awh List as Gió trái tli —— _—- id LÍ LÍ i , mm Cà _, tú LÍ Lí L Lí i a me P2 _— + « ae _ ~ _ ~ L1Ự L L1 Gió phải Hình 1.5 Các trường hợp tải trọng tính khung phẳng Với kết cấu khung nhà công nghiệp, tổ hợp phải xét thêm tải trọng cầu trục (gồm tác dụng thẳng đứng tác dụng ngang) tác dụng phía hay hai phía cột xét Tính tốn khung với tổ hợp đặc biệt cịn cần xét thêm nội lực tải trọng đặc biệt (động đất, cháy nổ ) Tổ hợp nội lực phép cộng có lựa chọn nhằm tìm giá trị nội lực bất lợi để tính toán cốt thép để kiểm tra khả chịu lực Việc tổ hợp nội lực (hoặc tổ hợp tải trọng) tiến hành theo tiêu chuẩn thiết kế Tiêu chuẩn nước quy định cách tổ hợp có khác Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2737 -1995 Tải trọng tác động quy định hai tổ hợp Tổ hợp gồm nội lực tĩnh tải nội lực trường hợp hoạt tải (có lựa chọn) Tổ hợp hai gồm nội lực tĩnh tải nội lực hai hoạt tải (có lựa chọn trường hợp bất lợi) nội lực hoạt tải nhân với hệ số tổ hợp 0,9 Khi tổ hợp có xét đến tải trọng cầu trục cịn cần ý hệ số tổ hợp xét hoạt động đồng thời một, hai hay bốn cầu trục Trong tổ hợp, tùy theo trạng thái giới hạn dùng để tính tốn mà cịn dùng hệ số độ tin cậy (hệ số vượt tải) tải trọng (Tải trọng tính tốn tải trọng tiêu chuẩn nhân với hệ số độ tin cậy) _ Tiêu chuẩn thiết kế Anh, Pháp, Mỹ không đưa riêng hệ số độ tin cậy mà ghép chung vào hệ số tổ hợp Các nội lực xác định theo tải trọng tiêu chuẩn, ký hiệu sau: 10 G - nội lực tải trọng thường xuyên, vài tiêu chuẩn thiết kế cịn phân biệt G.„„ trường hợp bất lợi (gây tác dụng dấu với nội lực hoạt tải) G ¡n trường hợp có lợi (gây tác dụng ngược dấu với nội lực hoạt tải) P¿ú = 1,2 n) - nội lực hoạt tải Nội lực tổ hợp ký hiệu S tính với hệ số tổ hợp khác Khi xét tác dụng hoạt tải sàn P, (như tổ hợp bản›1 TCVN) hệ số tiêu chuẩn sau: Tiêu chuẩn Pháp BEAL - 99: Sị = 135G + Gmịn + 5P Tiêu chuẩn Anh BS81 10: Si = 1,4 max + Gain + 1,6P, Tiêu chuẩn Mỹ - ACI 318: S, = L,4G+ 1,7P, Khi xét tác dụng hoạt tải sàn P, hoạt tai gid P,, thi: Tiêu chuẩn Pháp: S, = 1,35G+ 1,5P, +P, Hoac: S, = G+ 1,5P,, + 1,3 oP, Wo = 0,77+0,9 Tiêu chuẩn Anh: S, = 1,2G+ 1,2P, + 1,2P,, Tiêu chuẩn Mỹ: S, = 0,75(1,4G + L7P,) + 1,6P,, Cần ý hệ số tổ hợp nội lực lấy cao chưa khẳng định độ an toàn kết cấu cao độ an tồn phụ thuộc vào giá trị cường độ vật liệu dùng tính tốn (hoặc hệ số độ tin cậy cường độ vật liệu) Cùng loại bêtơng loại thép cường độ để tính tốn tiêu chuẩn có giá trị khác Chính điều cán thiết kế cần lưu ý sử dụng tiêu chuẩn Đã xác định nội lực theo tiêu chuẩn phải lấy cường độ vật liệu theo tiêu chuẩn tương ứng để tính tốn, khơng gặp phải nhầm lẫn đáng tiếc 1.3.2 Tổ hợp nội lực khung phẳng theo TCVN Việc tổ hợp nội lực kết cấu khung phẳng giới thiệu tiết nhiều tài liệu giáo trình Ở trình bày số vấn đề 11 .. .GS NGUYEN DINH CONG TINH TORN TET DLE , hk A CAT BE TONG GOT THED A A A SACH XUAT BAN KY NIEM 40 NAM THANH... cách bỏ qua trường hợp xếp hoại tải đứng cách tầng cách nhịp mà gộp toàn hoạt tải sàn va tinh tai dé tinh Tổ hợp nội lực cho cột khung không gian cần xét trường hợp sau: M xX max? M, va M y max?... |-I193 751 | 214 - |-1307 Bảng 1.4 Tổ hợp lực cắt dầm khung Nội | Tiết | lực Nộilựedohoạtti TH diện tinh A 34 24 -8 16 15 B ¬] ~2 -8 —10 C —36 ~20 _8 —28 tai TH TH | Nội lực dogió | TổhợpCBI | Tổ