Đang tải... (xem toàn văn)
Các tấm sàn BubbleDeck là các tấm đẳng hướng, và do vậy có thể phân tích kết cấu sử dụng phương pháp phân tích kết cấu sử dụng cho tấm sàn 2 phương. Do vậy chỉ dẫn theo phần 7 của tiêu chuẩn AS 3600 có thể được sử dụng cùng với những quy định sau để phân tích kết cấu đặc tính của phân đoạn tấm sàn.
CẨM NANG THIẾT KẾ BUBBLEDECK DÙNG TIÊU CHUẨN AS3600 VÀ EC2 Soạn bởi: Công ty TNHH BubbleDeck Vietnam, dùng cẩm nang thiết kế bubbledeck do Công ty TNHH tư vấn Kyng xuất bản (BubbleDeck Australia & New Zealand, www. bubbledeck.com.au) 22 /10/ 2008 BubbleDeck Vietnam 95 Bui Thi Xuan Street, Hanoi, www.bubbledeckvietnam.com Thiết kế khả năng chịu lửa - phần 5 - tiêu chuẩn AS 3600 Phân tích kết cấu - phần 7- tiêu chuẩn AS 3600 Đặc tính tấm sàn Bubbledeck Phân tích kết cấu Thiết kế các tấm sàn Bubbledeck Độ bền chịu uốn Độ bền cắt Kiểm tra chiều rộng vết nứt gãy tại mối nối Tham chiếu Thiết kế khả năng chịu lửa - Phần 5 – tiêu chuẩn AS 3600 Phân tích kết cấu - Phần 7 – tiêu chuẩn AS 3600 Các tấm sàn BubbleDeck là các tấm đẳng hướng, và do vậy có thể phân tích kết cấu sử dụng phương pháp phân tích kết cấu sử dụng cho tấm sàn 2 phương. Do vậy chỉ dẫn theo phần 7 của tiêu chuẩn AS 3600 có thể được sử dụng cùng với những quy định sau để phân tích kết cấu đặc tính của phân đoạn tấm sàn. Các đặc tính của phân đoạn tấm sàn Bubbledeck Một mẫu sàn Bubbledeck tiêu biểu được xác định bằng các tham số a và D, trong đóa là số đo đại diện cho ma trận các bóng rỗng hình thành trong tấm sàn và D là tổng chiều sâu của tấm sàn. Đặc tính của phân đoạn tấm sàn không nứt vỡ Mô men quán tính của diện tích đổ bê tông của tấm sàn IBD,conc có thể được biểu diễn qua một công thức đơn giản (Đại học Công nghệ Darmstadt , Nghiên cứu về tấm sàn Bubbledeck, Giáo sư-tiến sĩ Ing. Martina Schnellenbach-Held): Do vậy, Mô men quán tính của phân đoạn nối không nứt của diện tích đổ bê tông có thể xác định được trong trường hợp giả sử trọng tâm cho mặt cắt của khối bê tông nằm tại vị trí D/2. Nếu mô men quán tính Ieq,steel của diện tích thép quy đổi Aeq,steel, tạo bởi đỉnh Asc (nén) và đáy Ast (kéo) các diện tích gia cố mà ở đó trọng tâm được định vị ở độ sâu deq,steel , tổng mô men quán tính của diện tích không chịu nứt trên tấm sàn Bubbledeck sẽ là: giả sử rằng tác động của thép quy đổi đối với trọng tâm của tổng phần sàn quy đổi không làm dịch chuyển trọng tâm của khối bê tông một cách đáng kể. Phương trình trên đây cho kết quả về độ cứng tuơng đối của tấm sanf Bubbledeck vào khoảng 90% độ cứng vững của tấm sàn đặc có cùng chiều dày. Do vậy, mô men quán tính của diện tích sàn không chịu nứt có thể được xác định cho cả trường hợp ngắn hạn và dài hạn. Đặc tính của phần sàn bị nứt Hiệu quả của các trái bóng rỗng đối với đặc tính của phần sàn chịu nứt là thấp hơn so với hiệu quả của nó đối với phần diện tích sàn không chịu nứt. Do vậy, mô men quán tính chịu nứt của tấm sàn bubbledeck có thể được xác định đơn giản như sau: Do vậy. mô men quán tính cho phần sàn chịu nứt có thể được xác định cho cả hai trường hợp ngắn hạn và dài hạn. Phân tích kết cấu Việc phân tích kết cấu của tấm sàn có thể thực hiện được nhờ sử dụng các đặc tính đã xác định được ở trên cùng với xem xét giảm trọng lượng của tấm sàn. Mô men quán tính hiệu dụng có thể được tính toán bằng cách sử dụng diễn giải ở phần 8.5.3.1 của AS 3600 đối với cả hai trường hợp hiệu ứng ngắn hạn và dài hạn, sử dụng giá trị thu gọn của mô men nứt MBD,cr = 0.8 Mcr trong đó mô men nứt Mcr được tính toán sử dụng các đặc tính của phần sàn Bubbledeck không chịu nứt. Có thể hiểu như sau: Trong đó yt là khoảng cách tới thớ chịu kéo ngoài biên, được đo từ trục trọng tâm của phần sàn (bỏ qua phần gia cố). Ta có; Trong đó Ie,max được xác định như trong phần 8.5.3.1 của tiêu chuẩn AS 3600. Phân tích có thể được tiến hành sử dụng các gói phần mềm thương mại qua việc phân tích phần tử cố định, hoặc qua các gói phân tích khung 3D tạo mẫu các tấm sàn giống như một đài cọc. Khuyến kích tạo mẫu tấm sàn thành đài cọc trên cơ sở dầm có chiều rộng 1m nhằm tạo thuận lợi cho phân tách và diễn dịch các kết quả. Khuyến nghị kiểm tra độ võng cho thiết kế của tấm sàn nên được thực hiện trong mối quan hệ với việc phân tích tấm sàn. Thông thường, các yêu cầu về tính toán độ võng và chiều rộng vết nứt sẽ là yêu cầu chính trong thiết kế hoàn chỉnh của tấm sàn Bubbledeck. Thiết kế các tấm sàn Bubbledeck Khi hoàn tất công tác phân tích tấm sàn, tính toán độ bền có thể được tiến hành trên diện tích sàn thử nghiệm từ quá trình phân tích. Độ bền chịu uốn Sàn BubbleDeck loại bỏ lượng lớn bê tông (so với tấm sàn đặc) tại vị trí trung tâm của tấm sàn, vị trí mà các cấp độ ứng suất là tương đối nhỏ khi phần sàn chịu uốn. Khi thiết kế sức kháng uốn của tấm sàn, độ sâu của phần bê tông chịu nén (thường gọi là khối bê tông nén) được tập trung vào phần bê tông đặc giữa biên ngoài cùng của bóng rỗng và bề mặt tấm sàn, bất kể người thiết kế xem xét các khối nén là hình chữ nhật, hình parabol hay hình dạng khác phù hợp với phương pháp thiết kế chấp nhận được. Đôi khi, trong các tấm sàn chịu nén nặng, khối chịu nén sẽ lấn đôi chút vào vị trí có bóng rỗng. Các nghiên cứu và thử nghiệm đã chỉ ra rằng điều này có tác động không đáng kể lên lực kháng/ sức bền của tấm sàn Bubbledeck trong các trường hợp thiết kế thông thường. Khuyến nghị dưới đây đã được chấp thuận bởi tiêu chuẩn Đuức DIN 1045, và có một quá trình kiểm tra đơn giản hạn chế sự kéo giãn mà ở đó trục đàn hồi trung gian được phép lấn vào vị trí có bóng rỗng. Trong diễn giải dưới đây µms là chu vi xác định tỉ lệ mô men kháng của diện tích bóng rỗng trên tổng mô men kháng trên mặt cắt , Mball / Mu. Các tấm sàn Bubbledeck có thể được thiết kế sử dụng các nguyên tắc thiết kế truyền thống nếu tỉ lệ này được giới hạn tới 0.20, cụ thể là các ứng suất được cho phép tái phân bổ cục bộ, khi tỉ số này thấp hơn 20%: Trong đó D là đường kính bóng h là độ sâu của tấm sàn Mu là mô men thiết kế Độ sâu tối đa của đường trục trung gian cũng có thể suy ra từ phương trình sau, sử dụng tỉ lệ giới hạn bên trên; Trong đó Mball is the contribution of moment resistance by the section within the ball zone cball là nắp phía trên của bóng dn là độ sâu của trục giữa zball là đòn bẩy cho Mball z là đòn bẩy cho Mu Do vậy, độ bền khi uốn của tấm sàn Bubbledeck có thể được tính toán theo 9.1.1 của tiêu chuẩn AS 3600, miễn là tỉ lệ độ bền chống uốn trên diện tích bê tông giới hạn trong khoảng 20%. Điều này cho phép tái phân bổ hiệu quả mô men nội lực (mô men kháng) trong tấm sàn. Độ bền cắt Sàn BubbleDeck tạo cho người thiết kế khả năng linh hoạt, vì bóng nhựa có thể bị bỏ ra một cách cục bộ nhằm tạo vị trí cho các lỗ hở hoặc các vật liệu đúc sẵn có thể gây ảnh hưởng tới thiết kế tổng thể của toà nhà, như ống thoát nước và dây dẫn điện. Nó cũng cho phép nhà thiết kế có thể tăng khả năng chịu cắt cục bộ của diện tích sàn đó giống như trường hợp diện tích sàn xung quanh cột. Tiêu chuẩn AS 3600 đề cập đến hiệu ứng của lực cắt và các mô men không cân bằng trong các tấm sàn đặc qua việc đưa các dầm xoắn vào trong tấm sàn. Việc tạo chi tiết của hệ thống gia cường như vậy có thể trở lên phức tạp đối với các tấm sàn mỏng hơn, và trở thành không khả thi khi sử dụng hệ thống bán đúc sẵn như các tấm sàn Bubbledek bán toàn khối, trong đó các thanh dầm xoắn gia cường có thể mất tính liên tục qua các mối nối. Đối với lý do này, việc sử dụng thiết kế chu vi chịu cắt do chọc thủng được khuyến khích sử dụng, như BS 8110 hoặc các tiêu chuẩn tiếp theo tính đến tiêu chuẩn Châu Âu 2 - BS EN 1992-1-1:2004 (dưới đây tiêu chuẩn EC2 được lưu ý), có trong SAI Global. Sử dụng phần 6.4 của EC2 cho phép tạo chi tiết đơn giản xung quanh cột và làm tăng một cách hiệu quả chiều cao hữu dụng của cột bằng cách gia cố chịu cắt dọc theo chu vi chịu cắt tới hạn. Các tính toán về chọc thủng do chịu cắt Quy trình để thiết kế khả năng chịu cắt bao gồm việc xác định 4 điều kiện cơ bản sau: • Kiểm tra sự phá hỏng do cắt của cột tại chu vi của cột; • Xác định sự kéo dãn của diện tích sàn đặc xung quanh cột, cụ thể là diện tích xung quanh cột nơi mà các trái bóng nhựa được lấy đi; • Xác định mức độ giãn tối thiểu của cốt thép chịu kéo tại diện tích cột, cụ thể là xác định chiều dài tối thiểu của cốt thép gia cường bao gồm trong tính toán khả năng chịu cắt của phần sàn rỗng; và • Xác định cốt thép chịu cắt và sơ đồ bố trí cốt thép theo yêu cầu. Lưu ý rằng vì việc sử dụng tiêu chuẩn 2 được khuyến khích, việc phân tích nên bao gồm kiểm tra khả năng chịu cắt sử dụng các hệ số hỗn hợp của Eurocode, cụ thể là: Thiết kế hệ số khuyếch đại chịu cắt cho các lực không cân bằng Đối với các kết cấu mà ở đó sữ vững chãi ổn định bên của tấm sàn không phụ thuộc vào khung giữa sàn và cột, và với điều kiện các nhịp liền kề không khác nhau về độ dài quá 25% thì độ bền chịu cắt thiết kế tối đa phải được xác định bằng cách nhân với các hệ số sau, phụ thuộc vào vị trí của cột trong tấm sàn. A Cột bên trong B Cột cạnh C Cột góc Vmax = β VEd ; trong đó β = 1.15 cho cột bên trong 1.4 cho cột bên cạnh 1.5 cho cột ở góc Đối với các nhịp có dự khác biệt về chiều dài lớn hơn 25%, vui lòng xem EC2 để tính toán hệ số khuyếch thích hợp. Sự phá hoại do cắt của cột Ứng suất cắt vEd dọc theo chu vi cột cần được giới hạn đối với ứng suất cắt tối đa cho phép đối với diện tích phần bê tông vRd,max. Mở rộng diện tích sàn đặc xung quanh cột Việc mở rộng diện tích sàn đặc xung quanh cột được xác định bằng cách bố trí chu vi tại đó ứng suất cắt thấp hơn sức bền chịu cắt của tấm sàn rỗng, bao gồm cả thép gia cường chịu kéo. Việc đưa các bóng rỗng vào kết cấu tấm sàn làm giảm độ bền chịu cắt của nó. Các nghiên cứu thực hiện tại trường đại học công nghệ Đan Mạch, Trường đại học Darmstadt ở Đức và trường Eindhoven tại Hà Lan đã chỉ ra rằng độ bền chịu cắt của một tấm sàn Bubbledeck có thể xác định được từ độ bền chịu cắt của một tấm sàn đặc có cùng độ sâu nhân với hệ số giảm khả năng chịu lực là 0.6. Ứng suất cắt tối đa cho phép trên tấm sàn đặc được xác định bằng công thức sau: ρlx và ρly là các tỉ lệ gia cường liên quan đến thép chịu kéo tương ứng theo hướng x và y , cụ thể là Ast,x / (bd) và Ast,y / (bd) . Giá trị của ρlx và ρly sẽ được tính toán là giá trị trung bình có tính đến chiều rộng của tấm sàn bằng với chiều rộng của cột cộng với 3d mỗi bên. Tuy nhiên chỉ tính đến cột thép, không tính phần thép gia cố trên đỉnh của sàn Bubbledeck. fck = đặc tính độ khoẻ xylanh nén trong 28 ngày ( = f’c ) EC2 (6.3N) Theo đó, ứng suất cắt tối đa cho phép trong diện tích rỗng của tấm sàn Bubbledeck là: vBD Rd,c = 0.6 vRd,c Do vậy, chu vu điều chỉnh xác định phạm vi của khu vực sàn đặc xung quanh cột có thể được suy ra từ phương trình duới đây: usolid = Vmax / (vBD Rd,c d) Lưu ý rằng các chu vi tính toán được theo tiêu chuẩn EC2 là những chu vi ngắn nhất tại một khoảng cách cho trước từ bề mặt của cột, ví dụ đối với một đoạn vuông góc, chu vi điều chỉnh có thể được xác định như sau: Extent of column tension reinforcement Để xác định mức độ kéo giãn tối thiểu cho phần gia cường chịu kéo chính xung quanh cột đáp ứng được những yêu cầu đã nêu ở phần trên, cần tiến hành kiểm tra chu vi tương tự có tính đến phần thép đỉnh của tấm sàn Bubbledeck mà không tính đến cột thép. Khả năng chịu cắt của các tấm sàn rỗng với thép mũ có thể tính toán được nhờ sử dụng ρlx vvà ρly cho thép của lưới cốt thép trên và khi đó ta có thể tính toán được chu vi mới. vBDtyp Rd,c = 0.6 vtyp Rd,c , trong đó vtyp Rd,c = vRd,c áp dụng ρlx và ρly cho thép của lưới cốt thép trên. Do vậy, chu vi của thép usteel có thể được xác định bằng phương trình sau: usteel = Vmax / (vBDtyp Rd,c d) Chu vi usteel xác định một khoảng cách tối thiểu từ bề mặt của cột tới vị trí mà cột thép sẽ được kéo giãn tới. Tổng chiều dài của các thanh thép gia cường so với cột khi đó có thể được xác định dựa vào hình 9.1.3.4 - tiêu chuẩn AS 3600. Gia cố khả năng chịu cắt cho cột Giá trị gia cường chịu cắt cho cột được tính toán theo hướng dẫn của phần 6.4 tiêu chuẩn EC2, như trong quy định của tiêu chuẩn AS 3600 tạo ra kết cấu gia cường phức tạp được chi tiết cho các tấm sàn nông. Những hướng dẫn được áp dụng không thay đổi khi tấm sàn là đặc gần vị trí cột và độ bền chịu cắt không bị giảm. Quy trình để thiết kế bất kỳ kết cấu gia cường có thể cần thiết xung quanh các cột là một phần của quy trình. Khi khả năng chịu cắt tại chu vi của cột được kiểm tra là thoả mãn yêu cầu, thì cần kiểm tra ứng suất cắt tại chu vi điều kiểm cơ bản. Chu vi điều khiển cơ bản được tính từ khoảng cách 2d từ bề mặt của cột, sử dụng d là chiều sâu hữu ích trung bình của tấm sàn d= (dx + dy) /2, trong đó dx và dy là các chiều sâu hữu ích tương ứng theo phương x và y. Ứng suất cắt vEd1 tại đường bao điều khiển cơ bản u1 cần được kiểm tra trong tương quan với độ bền cắt vRd,c, trong đó: vEd1 = β VEd / [ u1 d ] , và , sử dụng gia cường lực căng cột để xác định ρl Gia cường chịu cắt do chọc thủng không cần thiết nếu: vEd1 < vRd,c trong đó vEd1 vượt quá vRd, cần tiến hành kiểm tra chu vi để xác định chu vi ngoài cùng uout không yêu cầu gia cố chịu cắt. uout = Vmax / (vRd,c d) Trong đó yêu cầu cần gia cường chịu cắt, có thể sử dụng công thức sau đây để tính toán: vRd,cs = 0.75 vRd,c + 1.5 (d/sr) Asw fywd,ef ( 1 / (u1 d) ) sinα , trong đó EC2 (6.52) Asw là diện tích tối thiểu của một chu vi diện tích gia cường chịu cắt xung quanh cột sr là khoảng cách hướng tâm của các chu vi gia cường chịu cắt và được giới hạn tới 0.75 d fywd,ef là độ bền thiết kế hiệu qủa của gia cường chịu cắt do chọc thủng, theo: fywd,ef = 250 + 0.25d ≤ fywd fywd là ứng suất chảy theo thiết kế của tấm gia cường chịu cắt = fsy / 1.15 fsy Là ứng suất chảy của thanh thép gia cường chịu cắt theo tiêu chuẩn AS 3600 d là độ sâu hữu dụng trung bình của tấm sàn α là góc giữa phần gia cố chịu cắt và mặt phẳng của tấm sàn u1 là chu vi chịu cắt cơ bản vRd,c là độ bền chịu cắt của tấm sàn mà không được gia cường chịu cắt như tính toán trong EC2 (6.47) Khi đã xác định được Asw, gia cường chịu cắt được bố trí đặt xung quanh cột với các chu vi liên kế đựoc đặt ở khoảng cách tối đa 0.75d tới khoảng cách 1.5d từ chu vi ngoài cùng uout. Chu vi đầu tiên không nên đặt ở vị trí lớn hơn 0.3d từ bề mặt cột. Cần xem xét những quy tắc sau khi tiến hành gia cường chịu cắt: Lưu ý rằng Asw là diện tích tối thiểu, và gia cường bổ sung là cần thiết để có thể thoả mãn những yêu cầu trên đây. Hơn nữa, cần phải cung cấp ít nhất 2 chu vi. [...]... mức mômen hữu ích Tham chiếu 1 Eurocode 2 - BS EN 1992-1-1:2004, do viện tiêu chuẩn Anh xuất bản(BSI) 2 AS 3600-2001, do viện Tiêu chuẩn Úc xuất bản 3 Concrete Structures, tác giả Warner, Rangan, Hall và Faulkes, nhà xuất bản Longman 4 Assessment of FRL for BubbleDeck floor slabs, Issue 2, Arup 17/09/ 2008 5 Investigation of BubbleDeck Slabs, Giáo sư, tiến sĩ Ing Martina Scnellenbach-Held, Đại học... đàn hồi Mặt khác, chiều rộng vết nứt tối đa có thể được xác định dựa trên công thức được Gergely &Lutz giới thiệu năm 1968 và được thông qua bởi ACI Code và tái bản bởi Rangan et al trong “Các kết cấu bê tông”, trang 265 Chiều rộng này giới hạn tới 0.3mm theo khuyến nghị trong tiêu chuẩn BS 8110 wmax = 0.0132 z ≤ 0.3mm, trong đó z là một hệ số z = ( h Ab )1/3 σst 10-3 h là lớp bảo vệ tới thanh ngoài cùng... Hiệu quả của việc tăng chiều rộng hữu ích tới kết cấu gia cường của mối nối, khi đó nếu đầu nối trong diện tích ứng suất cao cần phải kiểm tra chiều rộng tối đa của vết nứt Có thể tiến hành một ngiên cứu ban đầu về độ căng tạo ra bởi mô men hữu ích tại đầu nối để xác định diện tích tối thiểu của cốt thép yêu cầu tại mối nối Bằng một cách hiệu quả, người thiết kế đơn giản có thể kiểm tra độ căng tối đa... Arup 17/09/ 2008 5 Investigation of BubbleDeck Slabs, Giáo sư, tiến sĩ Ing Martina Scnellenbach-Held, Đại học Darmstadt 6 DIN 1045-1, Vol 1: Building construction; Deutscher Beton-Verein; 2005, mã thiết kế bê tông của Đức . CẨM NANG THIẾT KẾ BUBBLEDECK DÙNG TIÊU CHUẨN AS3600 VÀ EC2 Soạn bởi: Công ty TNHH BubbleDeck Vietnam, dùng cẩm nang thiết kế bubbledeck do Công ty TNHH tư vấn Kyng xuất bản (BubbleDeck Australia. xuất bản (BubbleDeck Australia & New Zealand, www. bubbledeck. com.au) 22 /10/ 2008 BubbleDeck Vietnam 95 Bui Thi Xuan Street, Hanoi, www.bubbledeckvietnam.com Thiết kế khả năng chịu lửa - phần. AS 3600 Phân tích kết cấu - phần 7- tiêu chuẩn AS 3600 Đặc tính tấm sàn Bubbledeck Phân tích kết cấu Thiết kế các tấm sàn Bubbledeck Độ bền chịu uốn Độ bền cắt Kiểm tra chiều rộng vết nứt gãy