Giáo trình Bê tông công trình - Chương III: Kết cấu khung BTCT

Nội dung text: Giáo trình Bê tông công trình - Chương III: Kết cấu khung BTCT

1. Chæång III: KÃÚT CÁÚU KHUNG BTCT 1 Khaïi niãûm vaì phán loaûi: Kãút cáúu khung laì hãû thanh báút biãún hçnh näúi våïi nhau bàòng caïc nuït cæïng hoàûc khåïp. Khung BTCT âæåüc duìng räüng raîi vaì laì kãút cáúu chëu læûc chuí yãúu cuía nhiãöu loaûi cäng trçnh. 1.1 Phán loaûi: Coï nhiãöu caïch phán loaûi khung. a. Phán loaûi theo phæång phaïp thi cäng: - Khung Toaìn khäúi: Æu âiãøm: Âäü cæïng ngang låïn, chëu taíi troüng âäüng täút. Viãûc chãú taûo caïc nuït cæïng tæång âäúi âån giaín. Nhæåüc âiãøm: Thi cäng phæïc taûp, khoï cå giåïi hoïa. Chëu aính hæåíng thåìi tiãút, thi cäng cháûm. - Khung làõp gheïp: Æu âiãøm: Caïc cáúu kiãûn âæåüc chãú taûo taûi phán xæåíng nãn dãù kiãøm tra cháút læåüng. Thi cäng nhanh, dãù cå giåïi hoïa. Nhæåüc âiãøm: Âäü cæïng cuía kãút cáúu khäng låïn. Thæûc hiãûn caïc mäúi näúi phæïc taûp, nháút laì caïc nuït cæïng. Khung toaìn khäúi Khung làõp gheïp b. Phán loaûi theo hçnh thæïc: Khung 1 táöng: - Mäüt nhëp. - Nhiãöu nhëp. 1
2. Khung nhiãöu táöng: - Mäüt nhëp. - Nhiãöu nhëp. Hãû khung trong nhaì laì mäüt hãû khäng gian. Tuyì træåìng håüp cuû thãø maì coï thãø tênh khung phàóng hoàûc khung khäng gian. Våïi nhaì khaï daìi, khung âàût theo phæång ngang nhaì seî âæåüc xem nhæ caïc khung phàóng. Caïc khung phàóng âæåüc giàòng våïi nhau båíi caïc dáöm doüc. Khi màût bàòng cuía nhaì vuäng hoàûc gáön vuäng, gioï vaì caïc taíi troüng ngang khaïc taïc duûng theo phæång báút kyì , khi âoï khung âæåüc tênh nhæ mäüt hãû khäng gian. Våïi caïc khung nhiãöu táöng, yãu cáöu âäü cæïng ngang låïn khi chëu taíi troüng ngang (gioï), dáùn âãún kêch thæåïc tiãút diãûn cäüt vaì dáöm seî låïn. Thäng thæåìng trong nhaì coìn coï caïc táúm tæåìng (tæåìng âáuö häöi, tæåìng khu WC, ä cáöu thang) coï khaí nàng chëu taíi troüng ngang låïn. Do âoï khi tênh khung cáön xeït âãún yãúu täú naìy. 1.2 Choün hçnh thæïc khung: Hai bäü pháûn cå baín cuía khung laì cäüt vaì xaì ngang. Cäüt thæåìng laìm thàóng, liãn kãút våïi moïng vaì xaì ngang coï thãø laì khåïp hoàûc cæïng. Xaì ngang thæåìng thàóng, caïc xaì trãn cuìng coï thãø gaîy khuïc hoàûc cong. Nhëp dæåïi 15m duìng xaì thàóng, tæì 15m - 18m duìng xaì gaîy, trãn 18m nãn duìng xaì cong. l 18m Khung coï liãn kãút cæïng, coï âäü cæïng cao, biãún daûng êt, näüi læûc phán bäú tæång âäúi âãöu, caïc thanh laìm viãûc håüp lyï hån so våïi khung khåpï Nãúu khung yãu cáöu coï âäü cæïng ngang låïn liãn kãút caïc cáúu kiãûn bàòng liãn kãtú cæïng. 2
3. Nãön âáút täút choün liãn kãút cæïng cäüt våïi moïng, cáúu taûo âån giaín, phán phäúi näüi læûc trong khung håüp lyï, âäü cæïng khung låïn. Nãön âáút yãúu choün liãn kãút khåïp våïi moïng, aïp læûc dæåïi âaïy moïng âãöu, seî giaím chuyãøn vë xoay cuía moïng, giaím kêch thæåïc âãú moïng. Nãúu thi cäng toaìn khäúi caïc nuït khung nãn choün liãn kãút cæïng. Coìn thi cäng làõp gheïp caïc nuït coï thãø laì khåïp hoàûc cæïng, tuy nhiãn âãø taûo âæåüc caïc liãn kãút cæïng khaï phæïc taûp, chi phê låïn. 2. Cáúu taûo khung toaìn khäúi : Khung gäöm tæì caïc thanh vaì caïc nuït. Caïc thanh laì caïc cáúu kiãûn chëu uäún (dáöm, xaì ngang) vaì cáúu kiãûn neïn lãûch tám ( cäüt, xaì ngang gaîy khuïc, xaì ngang cong), cuîng coï khi chëu keïo lãûch tám. Viãûc cáúu taûo caïc thanh chëu uäún, chëu neïn lãûch tám duìng cäút theïp mãöm våïi haìm læåüng bçnh thæåìng ( 3% Cäút cæïng trong cäüt 3
4. Caïc nuït khung phaíi âaím baío yãu cáöu tênh cháút cuía nuït âãö ra, âäöng thåìi phaíi dãù thi cäng. Taûi nuït do haìm læåüng cäút theïp låïn, bäú trê phæïc taûp (theïp cuía caïc cáúu kiãûn neo vaìo nuït), nãn traûng thaïi æïng suáút trong nuït khaï phæïc taûp, bã täng bë cheìn eïp. Do âoï âàûc biãût quan tám âãún viãûc haûn chãú biãún daûng ngang cuía bãtäng bàòng caïch cáúu taûo thãm cäút âai. A -Nuït A: Nuït näúi giæîa xaì ngang trãn cuìng vaì cäüt biãn, mä men taûi nuït thæåìng khaï låïn. Sæû phán bäú æïng suáút trong nuït naìy coï daûng hçnh a): ÆÏng suáút neïn åí goïc trong cuía nuït tàng lãn ráút låïn. B C Âãø giaím sæ û táûp trung æïng suáút, taûi goïc trong cuía nuït ta taûo caïc naïch troìn hoàûc xiãn (hçnh b). Kêch 1 thæåïc cuía naïch: chiãöu daìi ≥ 10 nhëp, chiãöu cao ≤ 0.4 chiãöu cao xaì 1 ngang vaì âäü däúc ≥ . 3 a) b) Cäút theïp chëu keïo cuía dáöm neo vaìo nuït phaíi uäún cong âãø giaím eïp cuûc bäü lãn bã täng. h Âãø tàng âäü cæïng cuía nuït mäüt pháön theïp chëu keïo i≥1/3 cuía dáöm cáön âæåüc neo xuäúng cäüt, vaì mäüt pháön ≤0.4h cäút chëu keïo cuía cäüt âæåüc neo vaìo xaì ngang. ≥1/10L Nãúu læåüng theïp neo nhiãöu, taûi mäùi vë trê khäng âæåüc càõt quaï 2 thanh. Trong nuït cuîng phaíi coï cäút âai coï taïc duûng haûn chãú biãún daûng ngang cuía BT L nuït, truyãön læûc tæì caïc cäút theïp neo vaìo nuït. Cáúu taûo theïp trong nuït A phuû thuäüc vaìo âäü lãûch tám. Cäút theïp neo âãø chëu mämen uäún åí goïc phaíi âæåüc uäún cong våiï r 〈 10d, caïc cäút khaïc cuîng phaíi coï chiãöu daìi neo 〈 lneo ( tênh theo cäng thæïc 3.60 cuía TCVN 5574-91) NU ÏT A h Khi e0/h 0.50 4
5. NUÏT B NUÏT C lneo R - Nuït B: Cäút theïp chëu keïo cuía xaì ngang neo vaìo nuït phaíi uäún cong. Trong nuït cáön bäú trê âai giàòng ngang. Khi bãö räüng dáöm låïn hån cäüt phaíi coï âai giàòng voìng quanh cäút theïp dáöm. - Nuït C: Liãn kãút cäüt giæîa våïi xaì ngang. Ngoaìi ra, khi coï tênh toaïn våïi taíi troüng âäüng âáút, cäút theïp taûi nuït khung coìn phaíi cáúu taûo tuán theo yãu cáöu khaïng cháún . - Nuït D: thæåìng gàûp khi xaì ngang gaîy khuïc (maïi däúc, dáöm cáöu thang ). Dæåïi taïc duûng cuía mä men dæång, æïng læûc trong cäút chëu keïo vaì cäút chëu neïn taûo nãn håüp læûc hæåïng ra ngoaìi. Cáön bäú trê âai giàòng âãø cäút theïp khäng bátû khoíi BT. Theo qui âënh: Nãúu α ≥ 1600 thç cäút chëu keïo coï thãø khäng cáön càõt ra âãø neo vaìo vuìng neïn. Nãúu α < 1600 thç mäüt pháön hoàûc toaìn bäü cäút chëu keïo phaíi âæåüc neo vaìo vuìng BT chëu neïn . Diãûn têch cäút âai giàòng âæåüc tênh âuí âãø chëu håüp læûc trong caïc thanh cäút doüc khäng âæåüc neo vaì âuí chëu 35% håüp læûc cuía caïc cäút doüc chëu keïo âaî âæåüc neo vaìo vuìng neïn : D α ∑Ra.Fâ.cosβ ≥ ( 2F +2.0,35F )Ra.cos α a1 a2 2 Fa1: Diãûn têch cuía cäút doüc chëu keïo khäng âæåüc neo. Fa2: Diãûn têch cuía pháön cäút doüc chëu keïo âaî âæåüc neo. 3 E F Cäút âai âæåüc âàût trong âoaûn htg α 8 5
6. -Nuït E: Liãn kãút cæïng cäüt våïi moïng. Âãø chëu mä men cäút theïp cäüt phaíi âæåüc keïo vaìo moïng. Âãø tiãûn thi cäng ngæåìi ta näúi theïp cäüt nhæ hçnh veî (thæûc tãú choün mäúi näúi taûi âáöu trãn cäø moïng). -Nuït F: Liãn kãút khåïp cäüt våïi moïng. Âãø haûn chãú khaí nàng xuáút hiãûn mä men, TD cäüt 1 2 âæåüc càõt giaím tæì 3 ÷ 3 h, láúp kên bàòng táúm âãûm såüi táøm nhæûa, giáúy cæïng táøm nhæûa hoàûc táúm kim loaûi mãöm (chç ). 3. Cáúu taûo khung làõp gheïp: 3.1 Caïc cáúu kiãûn cuía khung: - Cäüt: Coï tiãút diãûn chæî nháût hoàûc vuäng, chiãöu cao cäüt bàòng 1 hoàûc 2 táöng. Cäüt thæåìng âæåüc thiãút kãú coï vai theo phæång khung âãø laìm chäù tæûa cho dáöm. ÅÍ âáöu cäüt cáön gia cäú tæì 4-10 læåïi theïp ngang âãø chëu æïng suáút cuûc bäü vaì traïnh næït våî do va chaûm khi cáøu làõp Liãn kãút näúi cäüt thæåìng åí trãn xaì ngang. Liãn kãút cäüt våïi moïng thæåìng âàût vaìo häúc chæìa sàôn trong moïng. - Xaì ngang: Coï thãø coï TD chæî nháût, chæî T. Duìng chæî T coï caïnh phêa dæåïi âãø gaïc panel, laìm giaím chiãöu cao cuía saìn. Læåïi theïp Coï thãø bàòng BTCT thæåìng hoàcû BTCT ÆLT. gia cäú 3.2 Cáúu taûo mäúi näúi: r 1 r - Mäúi näúi cäüt-cäüt: 2 * Mäúi näúi khåïp: l Læåïi theïp bäú trê trong khoaíng l ≥ 20d1 vaì ≥ 200 6
7. d1: âæåìng kênh cuía cäút doüc låïn nháút . Baïn kênh cong cuía caïc màût tiãúp xuïc: r1 0.2h0 * Mäúi näúi cæïng ( æåït): Khi e0 ≥ 0.2h0 - Mäúi näúi cäüt-xaì ngang: - Mäúi näúi cäüt cæïng cäüt vaì moïng h 7
8. 4. Tênh toaïn caïc mäúi näúi làõp gheïp: 4.1 Mäúi näúi cäüt-xaì ngang: Taûi gäúi xaì ngang chëu mä men ám M. M Qui âäøi mä men thaình càûp ngáùu læûc: N = Z Z : Khoaíng caïch caïc mäúi haìn phêa trãn vaì phêa dæåïi. N Tênh diãûn têch theïp liãn kãút phêa trãn : Fa = R a Tênh mäúi haìn theo âiãöu kiãûn: Nâh = 0,85 Rh.hh.∑lh ≥ N 1,3 N ∑ ln = 0,85 R h .h h ∑lh : Täøng chiãöu daìi âæåìng haìn Q Rh : Cæåìng âäü âæåìng haìn hh : Chiãöu cao âæåìng haìn (hh ≥ 0,25 d vaì ≥ 4mm); 1,3 : Hãû säú an toaìn. h 2l/3 * Tênh âãú tæûa (vai cäüt): Giaí thuyãút æïng suáút phán bäú daûng tam giaïc l Chiãöu cao vai cäüt theo âiãöu kiãûn chëu læûc càõt: Q ≤ Rk.b.h0 Nãúu cáön haûn chãú chiãöu cao thç h coï thãø thu nhoí laûi, nhæng phaíi thoía maîn : 1 Q ≤ Rnbh 6 0 Âäü væån cuía vai cäüt l choün theo yãu cáöu cáúu taûo nhæ bäú trê theïp chåì sàôn, chiãöu daìi âæåìng haìn liãn kãút Q Khi læûc càõt Q tæång âäúi låïn, cáön kiãøm tra neïn cuûc bäü : σ = ≤ R b.l Vai cäüt tênh nhæ mäüt consol ngàõn ( l <0.9h0), chëu mämen M 2 M = Q l , vaì tàng M thãm 25% âãø thiãn vãö an toaìn 3 1.25M ⇒ γ 1.25 M Tênh A = 2 ≤ A0 vaì âæåüc Fa = Rnbh0 γR a h0 8
9. Q Nãúu læûc càõt låïn cáön tênh cäút xiãn: Fx = R ax .sinα 1 Cäút âai : u ≤ h vaì ≤ 15cm 4 1 Cäút xiãn : φ ≤ chiãöu daìi cuía noï vaì ≤ 25mm 15 4.2 Mäúi näúi cäüt-cäüt: -Mäúi näúi khåïp: Tênh toaïn kiãøm tra theo khaí nàng chëu neïn cuía loîi : N ≤ Ncb = Floîi.(Rn + µk.Ra). Trong âoï: Floîi - diãûn têch TD trong giåïi haûn cuía læåïi theïp. µk - hãû säú kãø âãún aính hæåíng cuía læåïi theïp n1.fa1.l1 + n2.fa2.l2 µk = l1.l2.S n1, n2 - säú thanh theïp theo phæång l1, l2; fa1, fa2: - diãûn têch TD thanh theïp theo phæång l1, l2 l1, l2 - chiãöu daìi thanh theïp theo caïc phæång. S - khoaíng caïch giæîa caïc læåïi theïp. -Mäúi näúi æåït : Taûi mäúi näúi coï N, M. Chuyãøn (M, N) thaình læûc doüc tæång âæång: 2e Ntd = N(1+ 0 ) Fa1, n1 h , Ntd ≤ R aFa + 0.9RnF1 + N luoi N luoi = kR á1 F1γ 1 µ1 l2 L2 Trong âoï: F1- diãûn têch TD trong giåïi haûn cuía læåïi theïp. Fa2, n2 µk - hãû säú kãø âãún aính hæåíng cuía læåïi theïp n .f .l + n .f .l l1 µ = 1 a1 1 2 a2 2 k L1 l1.l2.S 5 + α R a1 F1 k = , α = µ 1 , γ1 = 4,5−3,5 1 = 4,5α R n Fcot n1, n2 - säú thanh theïp theo phæång l1, l2; fa1, fa2: - diãûn têch tiãút diãûn caïc thanh theïp theo phæång l1, l2 l1, l2 - chiãöu daìi thanh theïp theo caïc phæång. S - khoaíng caïch giæîa caïc læåïi theïp. - Mäúi näúi khä : Giaí thiãút khi taíi troüng taïc duûng thç æïng suáút neïn do baín âãûm truyãön xuäúng seî måí räüng dæåïi 1 goïc laì 1,5δ. Coìn æïng suáút do âæåìng haìn truyãön xuäúng måí 1 goïc 2,5δ Fh = 2,5δ [ 2h1 + 2(b1-5δ)] Fâ = ( c+ 3δ)( d+ 3δ) 9
10. N σ = ≤θ.Rn cb Ftxuc Trong âoï Ftxuc = Fh + Fâ Ftxuc δ θ = 3 ÷ 4 ≤ 2 F Læûc do âæåìng haìn chëu : N 2,5δ 2,5δ Nh = Fh Ftxuc 1,5δ 1,5δ Tæì Nh vaì ΣLh N ⇒ hh = 0.7Rh ∑ Lh Nãúu coï M thç ngoaìi læûc neïn N1, Fh d b1 b âæåìng haìn coìn chëu N2=M/z, Fd luïc náöy duìng (N1 + N2 ) âãø tênh âæåìng haìn. c h1 h 5. Nguyãn tàõc tênh toaïn khung: 5.1 Så âäö tênh: Cáön coï nhæîng nháûn xeït âãø chuyãøn tæì så âäö thæûc vãö så âäö tênh toaïn håüp lyï vaì tçm caïch âån giaín så âäö tênh. * Nãúu âäü cæïng âån vë cuía xaì ≥ 4 âäü cæïng âån vë cuía cäüt thç coï thãø coi xaì ngang kã lãn cäüt : xaì ngang âæåüc tênh nhæ dáöm liãn tuûc. * Nãúu hãû chênh coï âäü cæïng gáúp nhiãöu láön hãû phuû, coï thãø taïch ra âãø tênh (tênh hãû phuû træåïc, sau âoï truyãön phaín læûc liãn kãút vaìo tênh hãû chênh), nhæ váûy hãû chênh seî an toaìn hån, nhæng våïi hãû phuû vç khäng kãø âãún biãún daûng cuía hãû chênh nãn thiãúu an toaìn do âoï cáön chuï yï gia cäú thãm khi cáúu taûo theïp cho hãû phuû. * Nãúu caïc nhëp cuía khung chãnh lãûch nhau khäng quaï 10% thç coi nhæ bàòng nhau vaì láúy theo trë trung bçnh (âãöu nhëp). * Nãúu xaì nghiãng coï âäü däúc < 1/8 thç coï thãø coi nhæ ngang xaì thàóng. * Cho pheïp dëch chuyãøn caïc taíi troüng trong khoaíng 1/20 nhëp âãø âæa vãö dangû taíi troüng âäúi xæïng hoàûc phaín xæïng. * Nãúu trong mäüt xaì coï tæì 5 taíi troüng táûp trung tråí lãn (caïch âãöu vaì trë säú nhæ nhau) thç coï thãø qui âäøi thaình phán bäú âãöu. * Nãúu khung coï nhiãöu nhëp bàòng nhau vaì taíi troüng giäúng nhau thç coï thãø tênh våïi khung 3 nhëp, näüi læûc caïc nhëp giæîa láúy nhæ nhau. 10
11. 5.2 Choün kêch thæåïc så bäü: - Xaì ngang : Choün kêch thæåïc tiãút diãûn theo M = 0,7 M0 M0 laì mä men låïn nháút trong dáöm âån giaín tæång æïng M Chiãöu cao tiãút diãûn: h0 = 2 R n .b (bãö räüng b choün theo kinh nghiãûm hoàûc yãu cáöu kiãún truïc), vaì h = (1.5 ÷ 3)b. 1 1 Âäúi våïi xaì cong : h = ( ÷ )l 25 30 Nãúu xaì ngang cong coï thanh càng, thç thanh càng âæåüc xaïc âënh theo læûc càng H: ql 2 H = 0.9 8 f - Cäüt: Choün så bäü kêch thæåïc tiãút diãûn theo læûc neïn (âæåüc xaïc âënh gáön âuïng): N F = (1,2 ÷1,5) cot Rn 5.3 Xaïc âënh taíi troüng, näüi læûc, täø håüp näüi læûc: Taíi troüng taïc duûng coï thãø tênh våïi caïc træåìng håüp sau: - Ténh taíi gäöm: troüng læåüng baín thán cuía kãút cáúu, caïc låïp cáúu taûo, váût liãûu bao che - Hai træåìng håüp cuía hoaût taíi sæí duûng âæåüc xãúp caïch táöng caïch nhëp. - Hai træåìng håüp taíi troüng gioï (gioï traïi vaì gioï phaíi). - Taíi troüng âäüng âáút . - Xaïc âënh näüi læûc theo caïc phæång phaïp cuía CHKC. Âäü cæïng cuía caïc thanh láúy theo kêch thæåïctiãút diãûn vaì vaì mä âun âaìn häöi cuía bãtäng, boí qua sæû coï màût cuía cäút theïp. - Täø håüp näüi læûc: âãø tçm ra nhæîng càûp näüi læûc nguy hiãøm. 5.4 Tênh toaïn tiãút diãûn: - Kiãøm tra laûi tiãút diãûn âaî choün, nãúu khäng håüp lyï cáön phaíi thay âäøi. Khi thay âäøi laûi kêch thæåïc tiãút diãûn, näüi læûc seî thay âäøi cáön phaíi xaïc âënh laûi. Nhæng âãø âån giaín, cho pheïp sæí duûng näüi læûc cuî nãúu tiãút diãûn thay âäøi khäng nhiãöu. - Tênh cäút theïp dáöm: Nãúu laì dáöm ngang tênh nhæ cáúu kiãûn chëu uäún. Nãúu laì dáöm nghiãng coï thãø tênh nhæ cáúu kiãûn chëu neïn lãûch tám. - Tênh cäút theïp cäüt: Tênh nhæ cáúu kiãûn chëu neïn trung tám hoàûc lãûch tám. 11