›
›

Bài giảng Kết cấu công trình - Chương 1: Kết cấu sàn

pdf 51 trang ngocly 3350
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Kết cấu công trình - Chương 1: Kết cấu sàn", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_ket_cau_cong_trinh_chuong_1_ket_cau_san.pdf

Nội dung text: Bài giảng Kết cấu công trình - Chương 1: Kết cấu sàn

  1. Môn học: KẾT CẤU CÔNG TRÌNH Ngành: Kiến Trúc & Quy hoạch KẾT CẤU SÀN KHOA XÂY DỰNG, TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM 1
  2. A. KHÁI NIỆM CHUNG 1 Khái niệm chung 1.1 Giới thiệu Sàn chịu lực trực tiếp tải trọng sử dụng truyền tải dầm cột móng nền. Ngoài ra, sàn còn đóng vai trò vách cứng ngang tăng độ cứng và độ ổn định cần thiết theo phương ngang cho công trình. Ưu điểm. Nhược điểm. Phạm vi sử dụng. 2
  3. A. KHÁI NIỆM CHUNG 1.2 Phân loại sàn Theo phương pháp thi công : sàn toàn khối sàn lắp ghép sàn bán lắp ghép Theo sơ đồ kết cấu Sàn sườn: - Sàn sườn có bản loại dầm - Sàn sườn có bản kê bốn cạnh - Sàn sườn kiểu ô cờ - Sàn gạch bộng (Hourdis) - Sàn panen lắp ghép 3
  4. A. KHÁI NIỆM CHUNG Sàn không sườn : - Sàn phẳng (flat slab): bản hoặc panen đặt trực tiếp lên cột, không có dầm. Flat-plate floor system 4
  5. A. KHÁI NIỆM CHUNG Slabs on beams 5
  6. A. KHÁI NIỆM CHUNG Flat plate Flat slab Slab on beams Waffle slab 6
  7. A. KHÁI NIỆM CHUNG 1.3 Phân biệt bản loại dầm và bản kê bốn cạnh Bản loại dầm : 7
  8. A. KHÁI NIỆM CHUNG Bản kê 4 cạnh : QUY ƯỚC l 2 2 bản loại dầm, làm việc theo một phương l 1 (phương cạnh ngắn) l 1 2 2 bản kê 4 cạnh, làm việc theo hai phương l1 8
  9. A. KHÁI NIỆM CHUNG Phân phối tải trọng q trên ô bản cho dải bản theo phương ngắn (q1) và dải bản theo phương dài (q2) q1 + q2 = q 5 q l 4 5 q l 4 f 1 1 f 2 2 1 384 EJ 2 384 EJ Ta phải có f1= f2 4 l 4 l 4 q l 4 l q 2 q q 1 q 1 2 2 4 1 4 4 2 4 4 4 l1 l2 l1 l2 q2 l1 l1 tải trọng chủ yếu truyền theo phương cạnh ngắn nếu hệ số lớn 9
  10. B. SÀN SƯỜN TOÀN KHỐI CÓ BẢN DẦM 2. Sàn sườn toàn khối có bản loại dầm 10
  11. B. SÀN SƯỜN TOÀN KHỐI CÓ BẢN DẦM 2.1 Sơ đồ kết cấu Khoảng cách giữa các trụcdầm phụ l1=1,7  3m Khoảng cách giữa các trụcdầmchính l2 =4 7m Nhịp dầmchính (khoảng cách cột) L = 5  8m Chọn kích thước tiết diện các bộ phận Chiềudàybảnsàn(hb) D hlcm 7 b m 1 m=30 35 đốivớibảndầm D=0,81,4 phụ thuộcvàotải trọng 12
  12. B. SÀN SƯỜN TOÀN KHỐI CÓ BẢN DẦM Chiều cao dầm 11 Dầm phụ: hldp  2 20 12 11 Dầm chính: hLdc  12 8 Chiều rộng dầm b = (0,3 0,5)h Nếu bản và dầm được kê lên tường chịu lực theo chu vi của sàn, thì đoạn kê lấy không nhỏ hơn 12cm đối với bản; 22cm đối với dầm phụ và 34cm đối với dầm chính. Có thể cấu tạo bổ trụ tại chỗ dầm gối vào tường gạch. 13
  13. B. SÀN SƯỜN TOÀN KHỐI CÓ BẢN DẦM Ghi chú : Khoảng cách từ gốitựa đếnmútcốtthépmũlà vl (tùytỷ số p/g): v = 1/4 khi p 5g. Chọn cốt thép cấu tạo Cốt thép phân bố ở phía dưới: 20% diện tích cốt thép chịu lực theo tính toán . Cốt thép để liên kết các cốt mũ: 6 a 250300 Cốt thép mũ đặt vuông góc với dầm chính và tường biên: 50% diện tích cốt thép chịu lực theo tính toán ở các gối giữa , và 6 a200 . 14
  14. lb / 6 vlb bdp vl vl bdp vl l / 4 bdc l / 4  a  a 6a250-300  a 3  a 4 7 5 7 cấu tạo 6 8 ( l = nhịp tính toán của bản ) hb  a  a 1 dầm phụ 2 dầm phụ tường 6 lb l dầm phụ l1 l1 dầm chính ĐẶT THÉP TRONG BẢN THEO CÁCH ĐƠN GIẢN vlb bdp vl vl bdp vl vl bdp vl lb / 6 l / 6 l / 6 l / 6 l / 6 l / 6  a 2  a  a  a  a 6 2 3 7 5 7 5 7 hb  a  a  a 1 2 dầm phụ 4 5 5 tường 6 6 lb l l l1 l1 l1 2 5 5 5 3 1 5 4 5 ĐẶT THÉP TRONG BẢN THEO CÁCH PHỐI HỢP Ví dụ bố trí cốt thép trong sàn sườn có bản dầm 15
  15. CÁCH ĐẶT CỐT TREO dùng cốt vai bò lật ngược dùng cốt đai đặt dày (uốn hình chữ V) S = bdp + 2(hdc –hdp) G P F Diện tích cốt treo tr Ra F Số đai gia cường N tr nfđ 16
  16. C. SÀN SƯỜN TOÀN KHỐI CÓ BẢN KÊ BỐN CẠNH 3.Sàn sườn toàn khối có bản kê bốn cạnh 3.1 Sơ đồ kết cấu Sàn gồm có bản và hệ dầm đúc liền khối l Bản làm việc theo hai phương, 1 2 2 l . Chiều dày bản sàn 1 11 hlcmb  1 7 50 40 Chiều cao dầm 1 1 h  l 16 12 Chiều rộng dầm 1 2 b  h 17 3 3
  17. C. SÀN SƯỜN TOÀN KHỐI CÓ BẢN KÊ BỐN CẠNH 3.2.Sự làm việc của bản kê bốn cạnh Đường nứt ở bản kê bốn cạnh Mặt dưới bản Mặt trên bản tải trọng phá hoại và đặc tính phá hoại ứng với hai cách đặt thép là như nhau 18
  18. D. SÀN PANEN LẮP GHÉP 4. Sàn panen lắp ghép 4.1 Khái quát 19
  19. D. SÀN PANEN LẮP GHÉP 4.2 Các loại panen Tấm đặc Dày 815cm, nhịp nhỏ (hành lang, sàn nhà dân dụng với phòng nhỏ). Ưu điểm : chế tạo dễ, nhanh, liên kết đơn giản, chiều cao sàn thấp. Nhược điểm : cách âm kém, tốn nhiều bêtông. Panen lỗ (panen hộp) Panen có khoét lỗ hình thang, hình bầu dục, hình tròn, một lỗ hoặc nhiều lỗ. Ưu điểm : cách âm cao, tiết kiệm vật liệu, tạo được mặt sàn phẳng. Khuyết điểm : chế tạo khó khăn. 20
  20. D. SÀN PANEN LẮP GHÉP .Chiều rộng : -Loại một lỗ : B = 450, 600, 900 -Loại nhiều lỗ : B = 900 1500 (loại trung bình); B = 1500, 2400, 3000 (loại lớn) . Bề rộng cánh trên nhỏ hơn bề rộng cánh dưới. . Chiều dài : tuỳ bước cột l =3 ; 4,5 ; 6 ; 12m . Chiều cao : h = 160300 (h=160; 200; 250; 280; 300) . Chiều dày bản trên (cánh nén của tiết diện) : h’c 30 mm . Chiều dày bản dưới (làm trần) : hc 25 mm 21 . Chiều dày sườn : bs 35 mm
  21. D. SÀN PANEN LẮP GHÉP Panen sườn -Dài L = 4,5  6m -Rộng B = 600 1500mm -Cao H=180  300mm Dùng cho nhà công nghiệp, làm panen mái , không đòi hỏi yêu cầu mỹ quan và cách âm, cách nhiệt 4.3 Khái niệm tính toán panen Tính uốn tổng thể Tính uốn cục bộ Biến dạng (độ võng, khe bề rộng khe nứt) Kiểm tra panen khi vận chuyển và cẩu lắp 22
  22. D. SÀN PANEN LẮP GHÉP Ví dụ tính uốn cho panen hộp 23
  23. D. SÀN PANEN LẮP GHÉP Ví dụ tính uốn cho panen sườn 24
  24. D. SÀN PANEN LẮP GHÉP Kiểm tra panen khi vận chuyển và cẩu lắp 25
  25. SÀN BTCT KHÔNG DẦM (flat slabs, flat plates) Khái quát  Sàn không dầm gồm có bản sàn tựa trực tiếp lên cột. Xung quanh vùng sàn gối lên cột có thể loe rộng đầu cột ra thành mũ cột, hoặc tăng chiều dày bản sàn thành drop panel (hình 5.30). Mũ cột hoặc/và drop panel có một số tác dụng sau:  Làm cho liên kết cột-bản sàn được vững chắc.  Tăng cường khả năng chịu moment và lực cắt; giảm ứng suất cục bộ.  Chống lại hiện tượng xuyên thủng bản 26
  26. SÀN BTCT KHÔNG DẦM 27
  27. SÀN BTCT KHÔNG DẦM  Phạm vi sử dụng Tấm phẳng: 2  Nhịp 6 ÷ 7.5m, hoạt tải 300 ÷ 500 kG/m  Tiết kiệm chi phí ván khuôn, trần phẳng, thi công nhanh  Khả năng chống cắt và xuyên thủng khá thấp, độ cứng cũng không cao, có thể võng nhiều.  Dùng rộng rãi trong nhà cửa dưới dạng BTCT thường hay BTCT ứng suất trước (sàn căng sau) Sàn phẳng: 2  Nhịp 6 ÷ 9m, hoạt tải 400 ÷ 750 kG/m .  Tốn nhiều ván khuôn hơn so với flat plate, đặt biệt ở vị trí mũ cột  Thường dùng drop panel không có mũ cột. 28
  28. SÀN BTCT KHÔNG DẦM Nói chung, sàn không dầm có mặt dưới phẳng nên việc thông gió và chiếu sáng tốt hơn sàn có dầm; việc thoát nhiệt khi hỏa hoạn cũng thuận lợi hơn. Vách ngăn được bố trí linh hoạt trên sàn. Chiều cao tầng nhà có thể được giảm nhờ việc giảm chiều cao của hệ kết cấu sàn. 29
  29.  Có thể tham khảo hướng dẫn của tiêu chuẩn ACI (Mỹ) để chọn chiều dày cho sàn không dầm theo bảng dưới đây. CHIỀU DÀY TỐI THIỂU CHO SÀN KHÔNG DẦM Không Drop Panel Có Drop panels Giới hạn chảy Ô sàn biên Ô sàn biên của thép f (kG/cm2) Ô sàn y Ô sàn giữa Không dầm Không có Có dầm biên Có dầm giữa dầm biên biên biên 2800 1/33ln 1/36 ln 1/36 ln 1/36 ln 1/40 ln 1/40 ln 4200 1/30 ln 1/33 ln 1/33 ln 1/33 ln 1/36 ln 1/36 ln  ln _ nhịp tính toán, tính từ mép cột (hoặc mũ cột) đến mép cột (hoặc mũ cột), nhưng không lấy nhỏ hơn 0,65l với l là khoảng cách giữa các trục cột 30
  30. SÀN BTCT KHÔNG DẦM Khả năng chống xuyên thủng của sàn không dầm  Cho lưới cột l1 l2, tổng tải trọng phân bố đều trên sàn là q ( kể cả trọng lượng bản thân),kích thước mũ cột là c c.  Giả thiết mặt phá hoại nghiêng một góc 450, có dạng một hình tháp, thì lực gây xuyên thủng là 2 P = q [ l1l2 (c +2h0) ) ]  Kích thước của bản sàn, mũ cột hoặc drop panel (nếu có) phải thỏa điều kiện chống xuyên thủng : P 0,75 Rk Btb h0 (*) trong đó : -h0 _ chiều dày hữu ích của bản -Btb chu vi trung bình của mặt đâm thủng Btb = 4(c + h0) -Rk _ cường độ chịu kéo tính toán của bêtông 31
  31. Nếu điều kiện (*) không thỏa thì có thể khả năng chống xuyên thủng cho sàn bằng các chi tiết thép chịu cắt dưới dạng cốt vai bò hai phương, dầm tích hợp, thép hình, T-stud 32
  32. SÀN BTCT KHÔNG DẦM  Phân tích nội lực kết cấu sàn không dầm  Kết cấu sàn không dầm là hệ siêu tĩnh bậc cao, phân tích chính xác rất khó. Hai phương pháp tính đơn giản theo tiêu chuẩn ACI (Mỹ) là: - Phương pháp kinh nghiệm: pp thiết kế trực tiếp (direct design method) - Phương pháp chính xác hơn: pp khung tương đương (equivalent frame method) 33
  33. SÀN CĂNG SAU (BÊTÔNG ỨNG SUẤT TRƯỚC, KHÔNG DẦM) 34
  34. SÀN CĂNG SAU 35
  35. SÀN CĂNG SAU Vùng neo 36
  36.  Những ưu điểm của sàn căng  Có thể giảm tỉ số chiều cao tiết diện / nhịp.  Ít tốn bêtông hơn so với sàn thường cùng nhịp.  Phần lớn tải trọng được chịu bởi thép ứng lực trước, do đó cốt thép được chuẩn hóa và đơn giản hóa.  Cho phép tháo dỡ cốppha sớm.  Ứng lực trước đã cân bằng với phần lớn tải trọng dài hạn, nên hạn chế tối đa độ võng và ứng suất kéo.  Ưùng suất trước sẽ triệt tiêu phần lớn ứng suất kéo gây ra nứt. 38
  37. NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN  Dựa trên nguyên lý cân bằng tải trọng.  phương trình đặt cáp : 2 x x Y 4 h L l 39
  38. SÀN CĂNG SAU Vùng neo 40
  39. SÀN CĂNG SAU 41
  40. Lắp đặt neo và thép dự ứng lực 43
  41. SÀN HỖN HỢP THÉP-BÊTÔNG Số tầng càng cao, BTCT thuần tuý rất nặng, xử lý móng phức tạp, tốn kém. Do vậy, kết cấu thép sẽ là hệ chịu lực thay thế. Kết cấu thép lại chịu lửa kém, cần được bảo vệ bằng bê tông, do vậy xuất hiện bê tông cốt cứng. Sàn thép ồn, rung, độ cứng kém, chi phí bảo trì, cao, cần được “ốp” bê tông, xuất hiện sàn BTCT liên hợp. Và kết cấu bê tông cốt cứng, sàn liên hợp, gọi chung là kết cấu liên hợp. Nhà cao tầng, có khẩu độ lớn, để dễ bố trí, kiến trúc nên dùng dầm BTCT DUL thì vẫn nặng. Dầm thép và sàn liên hợp sẽ là phương án tối ưu. Khẩu độ có khi vượt đến 20m. Một số trường hợp khác, hệ dầm thép còn được thay thế bằng hệ dàn thép,hay sử dụng dầm bê tông cốt cứng (dầm liên hợp). 45
  42. Một số dạng Sàn thép –bêtông hỗn hợp Bản sàn: BTCT tòan khối Tấm BT đúc sẵn (dày 40÷50mm) làm coppha, lớp bêtông toàn khối phủ lên trên Tấm deck bằng thép + bản BTCT Dầm: Dầm thép Dàn thép Dầm bêtông cốt cứng 46
  43. Bêtông mặt trên: đúc tại chỗ trên tấm deck bằng thép [đóng vai trò coppha + thép] . Cốt thép đặt thêm trong bêtông: chống nứt; lúc hỏa họan tấm deck không chịu lực . Thi công nhanh phổ biến. Nếu nhịp < 3.5m cóthểbỏ cây chống tạm 48
  44. Sàn sử dụng kết cấu khơng gian thép ống Showroom suzuki  tháng 05/2003
  45. Sàn sử dụng kết cấu khơng gian thép ống Cơng ty XD số 3 Hải Phịng  tháng 06/2001