TÀI LIỆU CAO HỌC THIẾT KẾ KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP P2

143 536 0
TÀI LIỆU CAO HỌC THIẾT KẾ KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP P2

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

TÀI LIỆU CAO HỌC THIẾT KẾ KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP P2 Chương 9: MÔ HÌNH GIÀN ẢO THANH CHỐNG Chương 10: CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA BTCT CHỊU LỰC UỐN LỰC DỌC Chương 11: CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA BTCT CHỊU LỰC CẮT Chương 12: KIỂM SOÁT NỨ T TRONG BTCT CHIU UỐN ...........

Cao học: Xây Dựng Dân Dụng Công Nghiệp Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Bài giảng: Prof Andrew Whittaker Biên dịch: PhD Hồ Hữu Chỉnh Chương 9: MÔ HÌ H GIÀ ẢO: Ú ÚTT TTH HAA H HG GIIẰẰ G G TTH HAA H HC CH HỐ Ố G G 9.1 ĐN H GHĨA ÚT - THA H GIẰ G - THA H CHỐ G 9.1.1 Giới thiệu Dưới trình bày số ví dụ mô hình giàn ảo (hình a1, b1, c1) tương ứng trường ứng suất, nút (hình a2, b2, c2) cốt thép (hình a3, b3, c3) a Dầm cao chịu tải phân bố b Gối tựa điểm (point support) c Tải tập trung gối tựa điểm d Dầm cao chịu tải tập trung Chương 9: MÔ HÌNH GIÀN ẢO: NÚT - THANH GIẰNG - THANH CHỐNG Cao học: Xây Dựng Dân Dụng Công Nghiệp Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT e Bài giảng: Prof Andrew Whittaker Biên dịch: PhD Hồ Hữu Chỉnh Nút mở (opening joint) khung chịu mômen Mô hình hoá giàn ảo phương pháp lặp bao gồm bước : Lựa chọn mô hình giàn ảo để thử Xác định kích thước chi tiết chống, giằng, nút Kiểm tra thông số kích thước chống, giằng, nút để bảo đảm giả thiết bước có giá trị Lặp lại cần cách trở bước Schlaich cộng định danh ba kiểu chống-thanh giằng, bốn kiểu nút Ba kiểu chống-thanh giằng là: o Cc : chống bê tông chịu nén o Tc : giằng bê tông chịu kéo (ít gặp) o Ts : giằng chịu kéo thép hay thép ứng suất trước Schlaich cộng định danh bốn kiểu nút lệ thuộc vào phối hợp chống giằng: o Nút CCC : nén-nén-nén gặp nút o Nút CCT : nén-nén-kéo gặp nút o Nút CTT : nén-kéo-kéo gặp nút o Nút TTT : kéo-kéo-kéo gặp nút ý nguyên tắc thiết kế không đổi có ba chống hay giằng gặp nút Sơ đồ loại nút khác sau : a Nút CCC Chương 9: MÔ HÌNH GIÀN ẢO: NÚT - THANH GIẰNG - THANH CHỐNG Cao học: Xây Dựng Dân Dụng Công Nghiệp Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT b Bài giảng: Prof Andrew Whittaker Biên dịch: PhD Hồ Hữu Chỉnh Nút CCT Nút CCT bao gồm chống chéo chịu nén phản lực đứng gối tựa làm cân lực : c cốt thép neo neo phía sau nút (b1) lực dính nút (b2) lực dính nút phía sau nút (b3) lực dính áp suất bán kính (b4) Nút CTT bao gồm chống chịu nén chống đỡ bởi: hai thép dính (c1) ứng suất bán kính từ thép bị uốn theo bán kính (c2) d Nút TTT thay chống chịu nén hình giằng ghép dính chịu kéo Chương 9: MÔ HÌNH GIÀN ẢO: NÚT - THANH GIẰNG - THANH CHỐNG Cao học: Xây Dựng Dân Dụng Công Nghiệp Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT 9.1.2 Bài giảng: Prof Andrew Whittaker Biên dịch: PhD Hồ Hữu Chỉnh Các chống (strut) Các chống bê tông trường ứng suất 2-D (hay 3-D) có xu hướng nở rộng nút Sự nở hay phình giằng hình thường tạo ứng suất ngang kéo hay nén cần phải xem xét bởi: Hoặc đưa ứng suất vào tiêu chuNn phá hoại bê tông (nén kéo), Hoặc áp dụng mô hình giàn ảo lên chống (như phần c phần d hình trên) giới thiệu hình Schlaich cộng đề nghị kiểu trường nén cho mô hình giàn ảo Ba trường (hình quạt, cổ chai, hình trụ) mô tả sau : Chương 9: MÔ HÌNH GIÀN ẢO: NÚT - THANH GIẰNG - THANH CHỐNG Cao học: Xây Dựng Dân Dụng Công N ghiệp Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT 9.1.3 Bài giảng: Prof Andrew Whittaker Biên dịch: PhD Hồ Hữu Chỉnh Các nút (node) Các nút mô hình giàn ảo giao điểm ba hay nhiều chống giằng thẳng khái niệm thực tế đơn giản hoá Một nút biểu diển thay đổi đột ngột phương lực o Khuynh hướng thực tế không xảy đột ngột mà thường Có hai loại nút o N út tập trung (concentrated) • N ếu chống hay giằng đại diện trường ứng suất tập trung, khuynh hướng lực tập trung cục (nút A hình dưới) o N út phân tán (smeared , spread) • Các trường ứng suất bê tông rộng nối với hay với giằng chịu kéo mà bao gồm nhiều phân bố sít (nút B hình dưới) Thông thường sơ đồ lực vùng nút phân tích đơn giản hóa gồm hợp lực (hình a) từ sơ đồ phức tạp (hình b) họa đây: a) Lực tác dụng ba chống A-B, B-C, A-C nút b) Thanh chống A-C thay cho hai chống A-E C-E Chương 9: MÔ HÌN H GIÀN ẢO: N ÚT - THAN H GIẰN G - THAN H CHỐN G Cao học: Xây Dựng Dân Dụng Công N ghiệp Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT 9.1.4 Bài giảng: Prof Andrew Whittaker Biên dịch: PhD Hồ Hữu Chỉnh Các giằng (tie) N gược lại chống trường ứng suất 2-D (hay 3-D) bê tông chịu nén, giằng chịu kéo thép hay thép ứng lực trước (trong giáo trình qui ước gọi giằng thép-steel tie) phần tử 1-D nối nút Các thành giằng phép băng qua chống; chống băng qua hay chồng chéo nút Góc trục giằng chống phải thỏa mản yêu cầu: θ < 25° Trục cốt thép giằng phải trùng với trục giằng Phụ thuộc vào bố trí cốt thép giằng, chiều rộng giằng hiệu (wt) xác định hình mô tả đây: Chiều rộng giằng (wt) bố trí: a)- lớp cốt thép • • b)- nhiều lớp cốt thép Khi bố trí lớp thép giằng hình a), ta có: w t = d b + 2d c db: đường kính cốt thép giằng dc: chiều dày bê tông bảo vệ đến mép cốt thép giằng Khi bố trí nhiều lớp thép giằng hình b), ta có giới hạn tối đa wt,max: F w t , max = nt f ce b s Fnt: cường độ danh định giằng chịu kéo tính theo (9-1), tham khảo phần 9.3.1 fce: cường độ nén hiệu nút tính theo (9-8), tham khảo phần 9.3.2 bs: chiều rộng tính toán chống chịu nén mô hình giàn ảo Các giằng chịu kéo tác dụng neo không đầy đủ qui định neo thép thoả đáng với chiều dài neo lanc đủ dài phần quan trọng thiết kế vùng D dùng mô hình giàn ảo (tham khảo Appendix A ACI 318-08) Chương 9: MÔ HÌN H GIÀN ẢO: N ÚT - THAN H GIẰN G - THAN H CHỐN G Cao học: Xây Dựng Dân Dụng Công N ghiệp Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT 9.2 VÍ DỤ THIẾT KẾ DÙ G CÁC MÔ HÌ H GIÀ ẢO 9.2.1 Giới thiệu Bài giảng: Prof Andrew Whittaker Biên dịch: PhD Hồ Hữu Chỉnh Trước bàn luận cường độ thành phần chống-giằng-nút, MacGregor trình bày ví dụ để minh họa thiết kế dùng mô hình giàn ảo Tường không liên tục bên gồm vùng D vùng B (Không dùng tường kết cấu chịu tải động đất) N ăm bước trình thiết kế là: N hận biết cô lập vùng D Tính nội ứng suất mặt biên vùng D với mức cường độ dùng phương pháp cường độ tiêu chuNn hay giả thiết ứng xử đàn hồi (ví dụ σ = P/A +My/I) Xem ví dụ mẫu đây, tải trọng ứng suất nên tính Pu/φ , Mu/φ , với φ thường lấy giá trị cho trường hợp Strut and Tie (φ = 0,75 với ACI 318-08) Chia nhỏ mặt biên thành đoạn nhỏ xác định hợp lực đoạn (xem hình phía phải) Vẽ giàn (mô hình giàn ảo) để truyền lực từ mặt biên sang mặt biên Tính lực thành phần giàn kiểm tra ứng suất Giả sử giằng thép có ứng suất kéo giới hạn chảy fy chống bê tông có ứng suất nén hiệu fce = ν1ν2f'c (MacGregor) hay fce = 0,85βf'c (ACI 318-08), với giá trị νi hay β trình bày sau chương Tải trọng cho phép chống bàn luận đến Chương 9: MÔ HÌN H GIÀN ẢO: N ÚT - THAN H GIẰN G - THAN H CHỐN G Cao học: Xây Dựng Dân Dụng Công N ghiệp Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT 9.2.2 Bài giảng: Prof Andrew Whittaker Biên dịch: PhD Hồ Hữu Chỉnh Bài toán mẫu Tường không liên tục dày 14” không bị oằn mặt phẳng diện sàn phẳng, thiết kế thép vùng D2 D3 Giả thiết cường độ bê tông f'c = 4000 psi thép fy = 60000 psi Giả thiết tải trọng 420 kips tải trọng tới hạn (nhân hệ số vượt tải) vùng B vùng B Bước Cô lập vùng D tường hình Bước Tính ứng suất mặt biên mô tả hình Giả thiết ứng suất tính σ = P/A Xét đến hệ số giảm cường độ φ = 0,75, tính lực tác dụng : P 420 = 560 kips Pn = u = φ ,75 Tính trọng lượng tường : 24 × × 14 / 12 × ,15 = 45 kips ,75 giả thiết trọng lượng tác dụng nửa-chiều cao tường Chương 9: MÔ HÌN H GIÀN ẢO: N ÚT - THAN H GIẰN G - THAN H CHỐN G Cao học: Xây Dựng Dân Dụng Công N ghiệp Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Bài giảng: Prof Andrew Whittaker Biên dịch: PhD Hồ Hữu Chỉnh Bước Phân chia nhỏ mặt biên tính hợp lực Với toán lựa chọn dễ hiểu Tất mặt biên ngoại trừ mặt biên đỉnh D2 chia thành hai phần d Bước D2 Vẽ giàn cho mô hình giàn ảo Các chống chịu nén đánh dấu đường nét đứt giằng chịu kéo đường nét liền Để vẽ giàn giả thiết phải thực góc đỉnh giàn θ Trong nhiều trường hợp, độ dốc 2:1 giả thiết, θ = tan-1(2 /1) = 63,4 º D3 Bước Tính lực kiểm tra ứng suất Thanh giằng chịu kéo BC FG a) Giằng BC: T 560 140 = 2,33 in2 × = 140 kips ⇒ As = BC = 2 fy 60 Thép ngang với diện tích tối thiểu 2,33 in nên bố trí băng ngang toàn chiều rộng tường dải cao khoảng 0.3d, tâm dải tâm giằng BC Giả sử cốt thép cỡ #5 dùng cho gia cố tường Diện tích thép #5 0.3 in2, giả thiết bố trí thép cà hai mặt tường, dùng #5 cho mặt chiều cao 30” ≈ 0.3d, lúc diện tích thép ngang AsBC = 2,40 in2 N eo thép móc uốn 90° hai đầu tường Chú ý nút B C neo giữ chống AB , AC giằng BC nút phân tán giằng thép chịu kéo trải rộng khoảng hữu hạn (vòng tròn đỏ hình bên) TBC = b) Giằng FG: T 560 + 45 151 = 2,52 in2 × = 151 kips ⇒ As = FG = 2 fy 60 FG Diện tích thép ngang As hay lớn nên bố trí băng ngang toàn chiều rộng tường đáy vùng D3 Các cốt thép nên : Tập trung vào 1-2 lớp thép (nút tập trung) ? Hay trải rộng khoảng hữu hạn chiều cao tường ? Trong ví dụ cốt thép nên tập trung vào 1-2 lớp thép đáy tường (vòng tròn xanh hình bên) Tại sao? Ans: nút tập trung Diện tích thép #6 0.44 in2, dùng #6 băng ngang toàn chiều rộng đáy tường, ta có diện tích thép ngang AsFG = 2,64 in2 Cốt thép nên neo hai đầu tường với móc neo 90° hay 180° vào sườn cột từ vùng D4 D5 bên cắm lên tường TFG = Chương 9: MÔ HÌN H GIÀN ẢO: N ÚT - THAN H GIẰN G - THAN H CHỐN G Cao học: Xây Dựng Dân Dụng Công N ghiệp Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Bài giảng: Prof Andrew Whittaker Biên dịch: PhD Hồ Hữu Chỉnh Các chống nén vùng D2 Vì chống bê tông xoè từ điểm A, vùng tới hạn nút A Vì nút bị nén phía - nút CCC, lấy fce = 0,79f'c = 3,16 ksi Ứng suất max nút A : 560 fA= = 2,86 ksi c 14 × 14 nhỏ giá trị fce = 3,16 ksi (thoả yêu cầu ứng suất) Các chống nén vùng D3 Vì chống bê tông xoè từ nút F G, vùng tới hạn nút Do nút neo giữ giằng chịu kéo, giá trị thấp ứng suất giới hạn sử dụng (lý bàn luận sau) Với trường hợp fce = 0,67f'c = 2,68 ksi Ứng suất max nút F : 560 + 45 = 3,09 ksi fF = c 14 × 14 lớn giá trị fce = 2,68 ksi (không thoả yêu cầu ứng suất) Thanh chống chịu nén DE nào? N goài cốt thép xác định trên, hàm lượng thép tường tối thiểu cần thoả mản ACI 318-08 (phần §14.3) cốt thép cột nên kéo dài lên neo sâu vào vùng tường D3 9.3 CƯỜ G ĐỘ TÍ H TOÁ CỦA THA H GIẰ G-THA H CHỐ G- ÚT 9.3.1 Giằng thép chịu kéo Cốt thép thường cung cấp để chống đỡ lực kéo bê tông Schlaich đồng có cung cấp tóm lược thông tin giằng bê tông chịu kéo mô hình giàn ảo Sự trình bày chương giả thiết cốt thép cung cấp toàn khả chống đỡ tất lực kéo kết cấu Công thức xác định cốt thép giằng thép chịu kéo đơn giản sau: Fut ≤ φFnt = φ[A s f y + A p (f se + ∆f p )] (9-1) với Fut lực tính toán giằng chịu kéo; φ = 0,75 hệ số giảm cường độ giàn ảo; Fnt cường độ danh định giằng chịu kéo; As tiết diện cốt thép thường; fy giới hạn chảy cốt thép thường; Ap tiết diện thép ứng suất trước; fse “ứng suất hiệu sau tổn thất” thép Ap , yêu cầu fse + ∆fp ≤ fpy; ∆fp ứng suất gia tăng Ap gây lực giàn ảo tác dụng: ∆fp = 420 MPa với thép ULT bám dính, ∆fp = 70 MPa với thép ULT không bám dính (tham khảo A.4 ACI 318-08) Các giằng chịu kéo tác dụng neo không đầy đủ qui định neo thép thoả đáng phần quan trọng thiết kế vùng D dùng mô hình giàn ảo Chương 9: MÔ HÌN H GIÀN ẢO: N ÚT - THAN H GIẰN G - THAN H CHỐN G Cao học: Xây Dựng Dân Dụng Công Nghiệp Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Bài giảng: PhD Hồ Hữu Chỉnh Tham khảo: A Whittaker + J.W Wallace GHI CHÚ Ordinary reinforced concrete structural wall - Vách cứng BTCT thông thường đổ chổ, thoả mản ACI 318 từ Chương đến 18, áp dụng thích hợp cho động đất vừa (vùng 2) Special reinforced concrete structural wall - Vách cứng BTCT đặc biệt thoả mản từ Chương đến Chương 18 ACI 318, thêm điều khoản từ 21.2 21.7 đổ chổ; thêm điều khoản từ 21.2 21.8 đúc sẳn, áp dụng thích hợp cho động đất mạnh (vùng 3-4) Ordinary moment reinforced frame (OMRF) - Khung BTCT thông thường đúc sẳn hay đổ chổ, thoả mản ACI 318 từ Chương đến 18, áp dụng thích hợp cho động đất yếu (vùng 1) Intermediate moment reinforced frame (IMRF) - Khung BTCT trung gian đổ chổ, thoả mản từ Chương đến Chương 18, điều khoản 21.2.2.3 21.12, áp dụng thích hợp cho động đất trung bình (vùng 2) Special moment reinforced frame (SMRF) - Khung BTCT đặc biệt thoả mản từ Chương đến Chương 18 ACI 318, thêm điều khoản từ 21.1 đến 21.5 đổ chổ; thêm điều khoản từ 21.1 đến 21.6 đúc sẳn, áp dụng thích hợp cho động đất mạnh (vùng 3-4) S - Phân phối lực cắt đáy móng toàn chiều cao nhà theo sơ đồ sau đây: w4 Ft F4 F3 tầng thứ i F2 w3 h4 w2 h3 H w1 Hi h2 F1 h1 V base Phân phối lực cắt đáy móng tính theo công thức (15-4) sau: Chương 15: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT CHỐNG ĐỘNG ĐẤT Cao học: Xây Dựng Dân Dụng Công Nghiệp Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Bài giảng: PhD Hồ Hữu Chỉnh Tham khảo: A Whittaker + J.W Wallace n Vbase  Ft   Fi (15-4a) i 1 Trong đó: 0.07TVbase  0.25Vbase T  0.7s F t - lực tập trung đĩnh: Ft   (15-4b) T  0.7s 0 F i - lực tập trung tầng thứ i: Fi  (Vbase  Ft )Wi Hi n  WjH j j1 (15-4c) H i , H j - cao độ tính từ mặt đất đến tầng thứ i, j W i , W j - tải trọng đứng tầng thứ i, j Phân phối lực cắt đáy móng tính cách khác theo công thức (15-5) sau: n Vbase   Fi (15-5a) i 1 Trong đó: F i - lực tập trung tầng thứ i: Fi  Wi Hik n k  WjH j j1 Vbase 1 T  0.5s k 2 T  2.5s (15-5b) (15-5c) H i , H j - cao độ tính từ mặt đất đến tầng thứ i, j W i , W j - tải trọng đứng tầng thứ i, j Xác lập tổ hợp tải trọng khung/vách chịu lực gồm tải trọng ngang F i tải trọng đứng W i (có nhân hệ số tải trọng), tính nội lực thiết kế (M, Q, N) tất thành phần kết cấu học kết cấu (dùng SAP2000, FEAP, ) Chương 15: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT CHỐNG ĐỘNG ĐẤT Cao học: Xây Dựng Dân Dụng Công Nghiệp Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Fi Bài giảng: PhD Hồ Hữu Chỉnh Tham khảo: A Whittaker + J.W Wallace Wi Ví dụ theo ACI 318-05, cần xét bảy tổ hợp tải trọng sau đây: U - tải trọng tính toán (có HS vượt tải) D - tĩnh tải L - hoạt tải F - tải trọng chất lỏng bể chứa T - tải trọng nhiệt độ, co ngót H - áp lực ngang đất, nước ngầm L r - hoạt tải mái S - hoạt tải tuyết rơi R - hoạt tải nước mưa W - hoạt tải gió E - tải trọng động đất Kiểm tra độ trôi dạt (drift),  M , chuyển vị max không đàn hồi, D M , khung/vách, tính D M cách nhân chuyển vị đàn hồi (elastic displacement), D s , với hệ số khuyếch đại chuyển vị (displacement amplification factor), C d = 0,7R : 0,025h s  M  0,7 R (D s , i  Ds , i 1 )   0,020 h s T  0,7s T  0,7s (15-6) Nếu khung/vách “mềm” không thoả (15-6), chọn lại kích thước khung/vách lập lại từ bước Chương 15: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT CHỐNG ĐỘNG ĐẤT Cao học: Xây Dựng Dân Dụng Công Nghiệp Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Fi Bài giảng: PhD Hồ Hữu Chỉnh Tham khảo: A Whittaker + J.W Wallace D s,4 Wi D s,3 D s,2 D s,1 h s4 h s3 h s2 h s1 Dùng nội lực bước 6, thiết kế bố trí thép thành phần dầm, cột, vách theo ACI 318 15.2.2 Ví dụ tính toán theo phương pháp tuyến tính tĩnh theo UBC-94 Phân phối lực cắt đáy móng động đất lên toàn chiều cao H = 43.2 m khung ngang công trình (12 tầng, nhịp), giả thuyết động đất vừa (Z = 0.2), hệ số đất S = 1.5 (nền sét cứng) kN/m2 kN/m2 7.5 m 3.6 m 30 m 43.2 m kN/m 3.6 m 3.6 m 15 m 15 m Tải trọng đứng (tĩnh tải + hoạt tải) tác dụng tầng sàn: W i = 15m  30m  kN/m2 = 2250 kN Tổng tải trọng đứng tác dụng lên công trình: W 12   Wi i 1 ( i = 12 )  12  2250 = 27000 kN Công thức tính lực cắt đáy móng theo tiêu chuẩn UBC-94: Vbase  Trong chọn: Z = 0.2 (vùng động đất vừa) Chương 15: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT CHỐNG ĐỘNG ĐẤT ZIC W R Cao học: Xây Dựng Dân Dụng Công Nghiệp Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Bài giảng: PhD Hồ Hữu Chỉnh Tham khảo: A Whittaker + J.W Wallace I = 1.25 (công trình quan trọng) R = 6.0 (vách + khung BTCT dẻo vừa) 3/  43.2  T  C t H /  0.02    = 0.83 s  0.3  1.25 1.25  1.5  2.12 < 2.75  chọn: C = 2.12 S C (0.83) / T2 / Vbase   0.2  1.25  2.12  27000 = 2385 kN 6.0 12 Phân phối lực cắt đáy móng toàn chiều cao khung nhà: Vbase  Ft   Fi i 1 Trong đó: F t - lực tập trung đĩnh: Ft  0.07TVbase  0.25Vbase  Ft  0.07  0.83  2385 = 140 kN < 0,25  2385 = 595 kN F i - lực tập trung tầng thứ i: Fi  Tầng thứ (do T = 0.83 s > 0,7 s) WiHi (kNm) Fi (kN) tầng 8100 29 tầng 16200 tầng (Vbase  Ft )Wi H i 12  WjH j j1 WiHi (kNm) Fi (kN) tầng 56700 201 58 tầng 64800 230 24300 86 tầng 72900 259 tầng 32400 115 tầng 10 81000 288 tầng 40500 144 tầng 11 89100 317 tầng 48600 173 tầng 12 97200 345 Ghi chú: Tầng thứ V base - F t = 2385 - 140 = 2245 kN ; W j H j = 631800 kNm Chương 15: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT CHỐNG ĐỘNG ĐẤT Cao học: Xây Dựng Dân Dụng Công Nghiệp Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT 140 kN Bài giảng: PhD Hồ Hữu Chỉnh Tham khảo: A Whittaker + J.W Wallace 345 kN tầng 12 317 kN tầng 11 288 kN tầng 10 259 kN tầng 230 kN tầng 201 kN tầng 173 kN tầng 144 kN tầng 115 kN tầng 86 kN tầng 58 kN tầng 29 kN tầng 2385 kN Chương 15: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT CHỐNG ĐỘNG ĐẤT H = 43.2 m Cao học: Xây Dựng Dân Dụng Công Nghiệp Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Bài giảng: PhD Hồ Hữu Chỉnh Tham khảo: A Whittaker + J.W Wallace 15.2.3 Nguyên tắc tính toán phương pháp lực ngang tương đương (TCXDVN 356-2006) Phương pháp lực ngang tương đương theo TCXDVN 356-2006 áp dụng cho hệ khung BTCT hệ khung/vách BTCT khu vực động đất yếu  vừa cho công trình có chiều cao H < 70m ảnh hưởng xoắn không đáng kể Các bước tính động đất vách cứng BTCT theo phương pháp lực ngang tương đương, dựa TCXDVN 356-2006, tương tự tính khung BTCT phần 14.3.1 (chương 14) liệt kê sau: Dùng phương pháp tính tay, thiết lập kích thước sơ dầm, cột vách cứng; tính tải trọng đứng m i (tĩnh tải+hoạt tải) tầng (phần 13.5.1 chương 13): m i  G k ,i   E ,i Q k ,i (15-7) Sử dụng kích thước bước để lập mô hình tính toán (2D hay 3D) hệ khunggiằng (khung+vách) theo yêu cầu kháng chấn phù hợp, tham khảo bảng sau đây: Lựa chọn hệ khung-giằng BTCT Điều kiện áp dụng q Vách cứng thường + khung dầm-cột dẻo thấp động đất yếu (1) ≥ 1,5 Vách cứng thường + khung dầm-cột dẻo vừa động đất vừa (2) ≥ 3,0 Vách cứng dẻo cao + khung dầm-cột dẻo cao động đất mạnh (3) ≥ 4,5 Theo FEMA 356, phổ đàn hồi (phần 13.3.3 chương 13) thỏa mản hai điều kiện: (1) S e (T = T B ) < 0,167g S e (T = 1s) < 0,067g  động đất yếu (2) 0,167g < S e (T = T B ) < 0,5g 0,067g < S e (T = 1s) < 0,2g  động đất vừa (3) S e (T = T B ) > 0,5g S e (T = 1s) > 0,2g  động đất mạnh Phân tích mô hình bước để tìm tần số riêng mode dao động riêng, tính dao động riêng theo phương pháp PTHH hay công thức kinh nghiệm (15-3) Chương 15: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT CHỐNG ĐỘNG ĐẤT Cao học: Xây Dựng Dân Dụng Công Nghiệp Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Bài giảng: PhD Hồ Hữu Chỉnh Tham khảo: A Whittaker + J.W Wallace s 3,2 s 3,1 s 3,3 s 2,3 s 2,2 s 2,1 s 1,1 s 1,2 mode s 1,3 mode mode Tham khảo phần 13.5.1 chương 13 giáo trình để tính lực cắt đáy móng thiết kế (F b ) cách dùng chu kỳ riêng thứ (T ) tính từ bước sau: Fb  Sd (T1 , )M (15-8) đó: S d (T , ) Tung độ phổ thiết kế chu kỳ T ; T Chu kỳ dao động chuyển động ngang theo phương xét;  Hệ số hiệu chỉnh;  = 0,85 T  2T C với nhà > tầng;  = 1,0 với TH khác M Tổng tải trọng đứng tác dụng lên công trình: M   mi n i 1 Phân phối lực cắt đáy móng toàn chiều cao nhà (theo 13.5.1 chương 13): Fi  si mi n  s jm j  Fb (15-9) hay j 1 Fi  Zi m i n  Z jm j  Fb (15-10) j 1 đó: Fi Lực ngang tác dụng tầng thứ i si , sj Chuyển vị khối lượng m i , m j dạng dao động (mode 1) Zi , Zj Cao độ tính từ mặt đất đến tầng thứ i, j Chương 15: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT CHỐNG ĐỘNG ĐẤT Cao học: Xây Dựng Dân Dụng Công Nghiệp Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Bài giảng: PhD Hồ Hữu Chỉnh Tham khảo: A Whittaker + J.W Wallace m4 F4 chuyển vị mode s j (Z j ) m3 F3 m2 tầng thứ h3 F2 H m1 Z2 h4 h2 F1 h1 Fb Thiết lập tổ hợp tải trọng đặc biệt khung nhà, bao gồm tải trọng ngang động đất F i tổ hợp tải trọng đứng M j , để tính tóan nội lực thiết kế (M, Q, N) tất thành phần kết cấu khung-giằng phương pháp học kết cấu thông thường (SAP2000, FEAP, ) Fi Mj Ví dụ theo TCXDVN 375-2006, cần xét tổ hợp đặc biệt sau đây: n n i 1 j 1 THDB   Fi   M j F i - lực ngang phân theo tầng thứ i tác động động đất M j - tải trọng đứng phân theo tầng thứ j, tính bằng: M j  G k , j   2, jQ k , j G k,j , Q k,j - tĩnh tải họat tải tính toán tầng thứ j Chương 15: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT CHỐNG ĐỘNG ĐẤT (15-11) (15-12) Cao học: Xây Dựng Dân Dụng Công Nghiệp Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Bài giảng: PhD Hồ Hữu Chỉnh Tham khảo: A Whittaker + J.W Wallace  2,j - hệ số tổ hợp tải trọng họat tải tầng thứ j (tham khảo 13.5.1, chương 13) Kiểm tra độ trôi dạt (drift),  M , theo Eurocode chênh lệch hai chuyển vị tầng, D s,i D s,i-1 , tính với phổ gia tốc thiết kế S d (T, ) phần 13.3.4 chương 13:  M  Ds , i  Ds ,i 1  [  M ] Nếu khung/vách “mềm” không thoả yêu cầu Eurocode 8, chọn lại kích thước khung/vách lập lại từ bước Fi Mj D s,4 D s,3 D s,2 D s,1 h s4 h s3 h s2 h s1 Dùng nội lực (M, Q, N) tính bước 6, thiết kế bố trí cốt thép (tùy thuộc vào giá trị q sử dụng) thành phần dầm, cột, vách theo TCXDVN 375-2006 Chương 15: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT CHỐNG ĐỘNG ĐẤT Cao học: Xây Dựng Dân Dụng Công Nghiệp Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT 15.3 Bài giảng: PhD Hồ Hữu Chỉnh Tham khảo: A Whittaker + J.W Wallace THỰC HÀNH THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT THEO ACI 318-05 Các bàn luận trình bày vấn đề thiết kế vách cứng BTCT theo tiêu chuẩn Mỹ ACI 318-05 có điều kiện sau đây:  Vách cao - flexural walls (H w /L w  2: thiết kế chống lực dọc + lực uốn + lực cắt)  Nhà cao trung bình - moderate height building (H = 20-75 m)  Vách cứng thông thường đổ chổ: thoả mản ACI 318 từ Chương đến 18, thích hợp cho động đất vừa: áp dụng FEMA 356: 0,167g < S e (T = T B ) < 0,5g 0,067g < S e (T = 1s) < 0,2g 15.3.1 Yêu cầu cấu tạo cốt thép vách cứng a)- Chiều dày vách tối thiểu: tw  (hs /25, lw /25, 100mm) (14.5.3) Mu tw2  (hs /15, 200mm) lw2 < (2tw2 , lw /5) Pu Vu tw2  (hs /10, 200mm) lw2 > (2tw2 , lw /5) b)- Hàm lượng thép thép cấu tạo tối thiểu: Đường kính thép cấu tạo: Av , Av  tw 10 A l  v  0,0015 t w s1 (14.3.2) Ah  0,0025 t ws2 (14.3.3) t  s1 s1  (3 tw , 450mm) (14.3.5) s2  (3 tw , 450mm) (14.3.5) s1 s2 s2 s2 Ah c)- Bước bố trí cốt thép cấu tạo: s1 Av t w2 đó: tw l w2 lw H w - chiều cao vách cứng h s - chiều cao tầng sàn nhà l w , l w2 - chiều dài vách cứng phần tử biên t w , t w2 - chiều rộng vách cứng phần tử biên A v - thép cấu tạo theo phương đứng, bước thép s  hàm lượng thép phương đứng  l A h - thép cấu tạo theo phương ngang, bước thép s  hàm lượng thép phương ngang  t Chương 15: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT CHỐNG ĐỘNG ĐẤT Cao học: Xây Dựng Dân Dụng Công Nghiệp Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Bài giảng: PhD Hồ Hữu Chỉnh Tham khảo: A Whittaker + J.W Wallace 15.3.2 Phân bố thép dọc chịu uốn Thép dọc chịu uốn+nén vách cao BTCT bố trí theo cách sau: - Bố trí thép dọc phân tán toàn tiết diện ngang vách cứng - Đặt dày thép dọc tính toán (thép A s đường kính  > 16mm có hàm lượng  tt thỏa mản chương 7, chương 10 ACI 318-05) hai phần tử biên hai đầu vách ( 0.1L w ) bố trí thép dọc cấu tạo (thép A v hàm lượng xấp xĩ  = 0.15% phần 15.3.1) phần vách ( 0.8L w ): nhằm cải thiện độ dẻo tăng khả chống uốn vách Ơ hai đầu vách phải bố trí thép đai kín thỏa mản chương 7, chương 10 ACI 318-05, để tăng hiệu ép ngang (confined concrete) hình bên dưới: Cách Cách Cách  tt 0.1Lw  tt  0.8Lw 0.1Lw Ví dụ 1: Mômen chống uốn tăng 25% bố trí thép dọc vách phẳng phương án có hàm lượng thép vách cứng 1% với phương án PA1: Bố trí thép PA2: Bố trí thép dày đầu M max = 380 Chương 15: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT CHỐNG ĐỘNG ĐẤT M max = 475 Cao học: Xây Dựng Dân Dụng Công Nghiệp Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Bài giảng: PhD Hồ Hữu Chỉnh Tham khảo: A Whittaker + J.W Wallace Trường hợp vách BTCT dạng hộp, đặt dày thép góc phân tán phần vách nhằm cải thiện độ dẻo tăng khả chống uốn Ví dụ 2: Mômen chống uốn tăng 16% bố trí thép dọc vách hộp phương án có hàm lượng thép vách cứng 1% với phương án U U PA1: Bố trí thép Mmax = 16500 PA2: Bố trí thép dày góc Mmax = 19200 Chương 15: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT CHỐNG ĐỘNG ĐẤT Cao học: Xây Dựng Dân Dụng Công Nghiệp Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Bài giảng: PhD Hồ Hữu Chỉnh Tham khảo: A Whittaker + J.W Wallace 15.3.3 Tính toán thép dọc chịu uốn Để tính thép dọc chịu uốn+nén vách cao BTCT (chủ yếu thép tính toán A s hai đầu vách), áp dụng chương 10 (10.2→10.3, 10.10→10.14, 10.17) chương 14 (14.2→14.3) ACI 318-05 kết hợp sử dụng đường cong tương tác (interaction curves Pn-Mn): R - Hầu vách phẳng tính kết cấu chịu nén phương - Nội lực tính toán (P,M) mặt cắt ngang phải nẳm đường cong tương tác (P n , M n ): R R R R  P = P n yêu cầu M  M n R R R R - Hầu vách hộp tính kết cấu chịu nén hai phương  P = P n R yêu cầu M x  M nx ; M y  M ny R R R R R R R R  M y = M ny R R R yêu cầu P  P n ; M x  M nx R R R R R R Chương 15: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT CHỐNG ĐỘNG ĐẤT R Cao học: Xây Dựng Dân Dụng Công Nghiệp Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Bài giảng: PhD Hồ Hữu Chỉnh Tham khảo: A Whittaker + J.W Wallace 15.3.4 Tính toán thép chống cắt Áp dụng phần 11.10 ACI 318-05, bước thiết kế chống cắt vách cao BTCT sau: U U Kiểm tra cường độ chống cắt lớn cho phép: Vn , max  f 'c t w d w Pu Mu (11.10.3) Vu Đơn vị : [V n ] = N ; [f’ c ] = MPa ; [t w ], [d w ] = mm U U R R R R R R với d w  0.8l w U R s1 (11.10.4) Vn , max  Vu Yêu cầu: U R U s2  = 0.75 U s2 Tính cường độ chống cắt bê tông: s2 P d (Eq 11-29) f 'c t w d w  u w 4l w dấu - P u kéo, dấu + P u nén Vc  R R R Av R Xác định thép chịu cắt theo phương ngang (A v , s ): a/- Nếu Vu  0.5Vc  bố trí (A v , s ) theo cấu tạo b/- Nếu Vu  0.5Vc  tính toán (A v , s ) sau: R R R R R R R R R tw R lw R R Vu  Vn (Eq 11-1)  Vu  ( Vn  Vs ) A v f y d w Vu  Vc  s2 (Eq 11-2) Ah R R Do:  s1 (Eq 11-1) Hệ số giảm cường độ chống cắt: s1  (Eq 11-31) A v Vu  Vc  s2 f y d w (*) Từ cặp (A v , s ) tính từ phương trình (*): R R (11.10.9.2) h  U Yêu cầu: U R Av  0.0025 t ws2  lw /  s   3t w  450 mm  Yêu cầu: U R U (11.10.9.3) Kiểm tra thép chịu cắt theo phương đứng (A h , s ):  n  A h R R R R t w s1 hw )( h  0.0025 )  n  0.0025  0.5( 2.5  lw Yêu cầu: (11.10.9.4)  n  0.0025  n  h   U U Chương 15: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT CHỐNG ĐỘNG ĐẤT  lw /  s1   3t w (11.10.9.5)  450 mm  [...]... và Công N ghiệp Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Bài giảng: Prof Andrew Whittaker Biên dịch: PhD Hồ Hữu Chỉnh 5000 Mômen - (kip-in) 4000 3000 2000 không thép nén + không thép đai có thép nén + không thép đai 1000 không thép nén + có thép đai 0 0 1 10 100 Độ cong - log( φ x10 -3 ) Dầm BTCT Không thép đai Không thép đai Có thép đai Không thép nén Có thép nén Không thép nén My 3207 3238... GIẰN G - THAN H CHỐN G Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công N ghiệp Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT 9.3.5 Bài giảng: Prof Andrew Whittaker Biên dịch: PhD Hồ Hữu Chỉnh Bài toán mẫu 3 Thiết kế vai cột BTCT có tiết diện vuông (16” x 16”) chịu lực đứng Vu = 60 kips và lực ngang N u = 12 kips Giả thiết bê tông có f’c = 4 ksi, thép có fy = 60 ksi Bước 1-4 Cô lập vùng D và thiết lập một mô hình... tông) & εt < εy (thép) phá hoại cân bằng: điểm C ← εc = εcu (bê tông) & εt = εy (thép) nén + uốn lệch tâm lớn: điểm D ← εc = εcu (bê tông) & εt > εy (thép) uốn thuần túy, không có lực dọc: điểm E Chương 10: CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA BTCT CHNU LỰC UỐN - LỰC DỌC TRỤC Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công N ghiệp Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Bài giảng: Prof Andrew Whittaker Biên dịch: PhD Hồ... CHNU LỰC UỐN - LỰC DỌC TRỤC Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công N ghiệp Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Bài giảng: Prof Andrew Whittaker Biên dịch: PhD Hồ Hữu Chỉnh Lực nén của bê tông là : C c = (0,85f c' )(ab) (10-5) Lực nén của cốt thép là : Fsi = f si A si với fsi ≤ fy (10-6a) N ếu a > di cho một lớp thép cụ thể Asi nào đó, cần phải giảm bớt ứng suất thép (fsi) một lượng 0.85f’c... của bê tông (chương 4) o làm chậm hay giảm oằn (buckling) của thép dọc o giảm ứng suất cắt trong lõi bê tông bị ép ngang Các ảnh hưởng do có thêm thép chịu nén và thép đai được trình bày dưới đây với thông số vật liệu và kích thước tiết diện dầm trong ví dụ mẫu dầm BTCT chịu uốn ở chương 4: ← thép chịu nén (thép đai) ← thép chịu kéo Chương 10: CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA BTCT CHNU LỰC UỐN - LỰC DỌC TRỤC Cao học: ... không song song với ứng suất nén Chương 9: MÔ HÌN H GIÀN ẢO: N ÚT - THAN H GIẰN G - THAN H CHỐN G Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công N ghiệp Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Bài giảng: Prof Andrew Whittaker Biên dịch: PhD Hồ Hữu Chỉnh Bê tông dòn hơn khi tăng cường độ chịu nén f′c của bê tông Điều này phản ánh ở ν2 : 15 (9-5) ν2 = 0,55 + ≤1 fc' với cường độ chịu nén f ′c có đơn vị là.. .Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công N ghiệp Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT 9.3.2 Bài giảng: Prof Andrew Whittaker Biên dịch: PhD Hồ Hữu Chỉnh Thanh chống bê tông chịu nén Thành phần quan trọng thứ hai của mô hình giàn ảo là thanh chống bê tông chịu nén Các thanh chống thường được mô hình hoá thành dạng trụ (như... THAN H GIẰN G - THAN H CHỐN G Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công N ghiệp Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Bài giảng: Prof Andrew Whittaker Biên dịch: PhD Hồ Hữu Chỉnh Bước 6 a Kiểm tra chiều rộng của các thanh chống: AC, BC, CE, DE Giả thiết thanh chống dạng cổ chai có thép ngang chịu cắt thoả mản điều kiện A.3.3 của ACI 318-08 (βs = 0,75), nên cường độ bê tông hiệu quả của thanh chống... CỦA BTCT CHNU LỰC UỐN - LỰC DỌC TRỤC Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công N ghiệp Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Bài giảng: Prof Andrew Whittaker Biên dịch: PhD Hồ Hữu Chỉnh + Với dầm chữ T có cánh chịu kéo, lượng thép chịu kéo As,min cần thiết, để bảo đảm cường độ kháng uốn của tiết diện có gia cường thép bằng cường độ của tiết diện không gia cường thép, là hai lần lớn hơn so với dầm... UỐN - LỰC DỌC TRỤC Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công N ghiệp Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Bài giảng: Prof Andrew Whittaker Biên dịch: PhD Hồ Hữu Chỉnh Bài toán mẫu 2: Sức chịu tải cột chịu lực dọc-mômen (Pn-Mn) Tính khả năng chịu lực dọc-mômen (Pn-Mn) cột vuông khi ứng suất lớp thép gần mặt chịu kéo bằng 0.5fy (εs1 = 0.5εy) Cho biết bê tông f’c = 4 ksi, và thép fy = 60 ksi 8 Giải:

Ngày đăng: 19/10/2016, 20:11

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan