Bài giảng kết cấu liên hợp thép bê tông dùng trong nhà cao tầng

  • 54 trang
  • file .pdf
Bộ môn Công trình Thép - gỗ
KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP - BÊ TÔNG
DÙNG TRONG NHÀ CAO TẦNG
Giả
Giảng viên:
iê Phạm
Ph Thị Ngọc
N Thu
Th
Hà Nội, 2012
1
Bộ môn Công trình Thép - gỗ
NỘI DUNG CƠ BẢN
y Chương I: Tổng quan về kết cấu liên hợp Thép - Bê tông
y Chương II: Vật liệu sử dụng cho kết cấu liên hợp
y Chương III: Sàn liên hợp
y Chương IV: Dầm liên hợp
y Chương V: Cột liên hợp
y Chương VI: Ứng dụng kết cấu liên hợp trong nhà cao tầng
2
1/54
1
Bộ môn Công trình Thép - gỗ
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP - BÊ TÔNG
1. Giới thiệu về kết cấu liên hợp
3
Bộ môn Công trình Thép - gỗ
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP - BÊ TÔNG
1. Giới thiệu về kết cấu liên hợp
4
2/54
2
Bộ môn Công trình Thép - gỗ
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP - BÊ TÔNG
4
Bộ môn Công trình Thép - gỗ
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP - BÊ TÔNG
1. Giới thiệu về kết cấu liên hợp
ƒ Hệ thống tiêu chuẩn kết cấu liên hợp
- Tiêu chuẩn Mỹ AASHTO
- Tiêu chuẩn Đức DIN
- Tiêu chuẩn Anh BIST
- Tiêu chuẩn Châu Âu EC4
5
3/54
3
Bộ môn Công trình Thép - gỗ
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP - BÊ TÔNG
2. Ưu điểm của kết cấu liên hợp
ƒ Tăng khả năng chịu lực của vật liệu
ƒ Tăng khả năng chống ăn mòn của thép
ƒ Tăng khả năng chịu lửa
ƒ Tăng độ cứng của kết cấu
ƒ Phù hợp khi chịu tải trọng động đất
ƒ Có thể tạo kết cấu ứng lực trước, tăng hiệu quả sử dụng vật liệu
ƒ Có thể áp dụng phương pháp thi công hiện đại (ván khuôn trượt,
trượt lắp ghép..),
ghép )
tăng tốc độ thi công
ƒ Đạt hiệu quả kinh tế cao
7
Bộ môn Công trình Thép - gỗ
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP - BÊ TÔNG
3. Nhược điểm của kết cấu liên hợp
ƒ Các ưu điểm kể trên chỉ phát huy với công trình cao tầng, chưa phù hợp với
công trình có quy mô nhỏ
ƒ Trong điều kiện Việt Nam, đây là loại hình kết cấu mới nên sẽ gặp nhiều khó
khăn trong giai đoạn ứng dụng ban đầu
8
4/54
4
Bộ môn Công trình Thép - gỗ
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP - BÊ TÔNG
9
Bộ môn Công trình Thép - gỗ
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP - BÊ TÔNG
10
5/54
5
Bộ môn Công trình Thép - gỗ
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP - BÊ TÔNG
11
Bộ môn Công trình Thép - gỗ
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP - BÊ TÔNG
12
6/54
6
Bộ môn Công trình Thép - gỗ
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP - BÊ TÔNG
13
Bộ môn Công trình Thép - gỗ
CHƯƠNG II. VẬT LIỆU SỬ DỤNG CHO KẾT CẤU LIÊN HỢP
1. Bê tông
1.1. Theo TCVN 356:2005 (mẫu thử lập phương)
ƒ Giá trị trung bình Rm =∑Ri/n (áp dụng khi có n mẫu thử)
ƒ Giá trị đặc trưng Rch = Rm(1-1.64.ν)
Trong đó ν là hệ số biến động cường độ các mẫu thử, ν = 0.135
ƒ Giá trị tiêu chuẩn Rbn = (0.7 – 0.8)Rch
ƒ Giá trị tính toán Rb = Rbn/γb
Trong đó γb là hệ số điều kiện làm việc của bê tông
14
7/54
7
Bộ môn Công trình Thép - gỗ
CHƯƠNG II. VẬT LIỆU SỬ DỤNG CHO KẾT CẤU LIÊN HỢP
Các đặc trưng cơ học của bê tông theo TCVN
Độ bền
B20 B25 B30 B35 B40 B45 B50 B55
(MPa)
Rbn 15 18.5 22 22.5 29 32 36 39.5
Rb 11.5 14.5 17 19.5 22 25 27.5 30
Rbtn 1.4 1.6 1.8 1.95 2.1 2.2 2.3 2.4
Rbt 0.9 1.05 1.2 1.3 1.4 1.45 1.55 1.6
Ebx103 27 30 32.5 34.5 36 37.5 39 39.5
Rbn ẩ của bêtông khi tính theo trạng thái giới hạn 1
cường độ chịu nén tiêu chuẩn
Rb cường độ chịu nén tính toán của bêtông khi tính theo trạng thái giới hạn 1
Rbtn cường độ chịu kéo tiêu chuẩn của bêtông khi tính theo trạng thái giới hạn 1
Rbt cường độ chịu kéo tính toán của bêtông khi tính theo trạng thái giới hạn 1
Eb modun đàn hồi
15
Bộ môn Công trình Thép - gỗ
CHƯƠNG II. VẬT LIỆU SỬ DỤNG CHO KẾT CẤU LIÊN HỢP
1. Bê tông
1.2. Theo EC Các đặc trưng cơ học của bê tông theo EC4
Độ bền
C20/25 C25/30 C30/35 C35/45 C40/50 C45/55 C50/60
(N/mm2)
fcm 28 33 38 43 48 53 58
fck 20 25 30 35 40 45 50
fctm 2.2 2.6 2.9 3.2 3.5 3.8 4.1
fctk 1.5 1.8 2.0 2.2 2.5 2.7 2.9
Ecm 29 30.5 32 33.5 35 36 37
fcm cường độ chịu nén trung bình ở 28 ngày tuổi
fck cường độ chịu nén đặc trưng của mẫu hình trụ
fctm cường độ chịu kéo trung bình ở 28 ngày tuổi
fctk cường độ chịu kéo đặc trưng của mẫu hình trụ
16
8/54
8
Bộ môn Công trình Thép - gỗ
CHƯƠNG II. VẬT LIỆU SỬ DỤNG CHO KẾT CẤU LIÊN HỢP
1. Bê tông
1.2. Theo EC (mẫu thử hình trụ)
ƒ Cường độ tính toán chịu nén: fcd = αcc.fck/γc
ƒ Cường độ tính toán chịu kéo: fctd = αct.fctk/γc
Trong đó:
- αc là hệ số kể đến tác động lâu dài và bất lợi của các tải trọng tác dụng (=1)
- γc là hệ số điều kiện làm việc của bê tông
= 1.5 khi xét tổ hợp tải trọng cơ bản
=1.3 khi xét tổ hợp tải trọng đặc biệt (trừ tải động đất)
17
Bộ môn Công trình Thép - gỗ
CHƯƠNG II. VẬT LIỆU SỬ DỤNG CHO KẾT CẤU LIÊN HỢP
1. Bê tông
1.2. Theo EC
ƒ Mô đun đàn hồi:
- Hệ số tương đương thép - bê tông: n = Ea/Ecm (n = 6)
- Khi xét đến hiện tượng mỏi của bê tông dưới tác dụng của tải trọng dài hạn
n’ = 3n
- Hệ số trung gian n’’ = 2n
18
9/54
9
Bộ môn Công trình Thép - gỗ
CHƯƠNG II. VẬT LIỆU SỬ DỤNG CHO KẾT CẤU LIÊN HỢP
1. Bê tông
1.3. So sánh giữa 2 tiêu chuẩn TCVN và EC
ƒ Chuyển đổi các giá trị của mẫu hình trụ (EC) về mẫu lập phương (TCVN)
Độ bền
C20/25 C25/30 C30/35 C35/45 C40/50 C45/55 C50/60
(N/mm2)
fcm Mẫu 28 33 38 43 48 53 58
hình trụ
fcm Mẫu lập 35 39.6 46.7 55 60 64.7 69.6
phương
Độ bền B25 B30 B35 B45 - B50 B55
(MPa)
Rch Mẫu lập 32.11 38.53 44.95 57.80 - 64.22 70.64
phương
19
Bộ môn Công trình Thép - gỗ
CHƯƠNG II. VẬT LIỆU SỬ DỤNG CHO KẾT CẤU LIÊN HỢP
2. Cốt thép
Loại thép EC Tiêu chuẩn VN
Thép thanh S220/S400, S500 CI/CII, CIII, CIV
AI/AII, AIII, AIV
Thép Kết cấu S235, S275, S355 CT34, CT38, CT42, CT52
Tôn định hình fy = 220 - 350 N/mm2 -
20
10/54
10
Bộ môn Công trình Thép - gỗ
CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP
§1. Sự làm việc của sàn liên hợp
Vai trò của tấm tôn:
ƒ Là sàn công tác khi thi công
ƒ Là ván khuôn khi đổ bê tông sàn
ƒ Là cốt thép lớp dưới của sàn khi chịu lực
PhÇn sµn bª t«ng chÞu nÐn
DÇm phô
Cèt thÐp
DÇm phô
21
Bộ môn Công trình Thép - gỗ
CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP
§1. Sự làm việc của sàn liên hợp
1. Yêu cầu về cấu tạo
ƒ Chiều dày sàn h = 100 - 400 mm (phải > 80mm), chiều dày tấm tôn 0.75 -
1.5 mm, chiều cao tấm tôn hp = 40 - 80mm.
ƒ Chiều dày phần bê tông trên sườn tôn hc > 40mm
ƒ Trong trường hợp cấu tạo sàn tuyệt đối cứng: h > 90mm; hc > 50mm
22
11/54
11
Bộ môn Công trình Thép - gỗ
CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP
§1. Sự làm việc của sàn liên hợp
1. Yêu cầu về cấu tạo
ƒ Sàn vượt nhịp 2 – 4m (không có thanh chống tạm khi đổ bê tông), 7m (khi có
thanh chống tạm)
23
Bộ môn Công trình Thép - gỗ
CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP
§1. Sự làm việc của sàn liên hợp
1. Yêu cầu về cấu tạo
ƒ Gối tựa có bề rộng tối thiểu 75mm (với kết cấu thép, bê tông) hoặc 100mm
(với kết cấu gạch, đá)
24
12/54
12
Bộ môn Công trình Thép - gỗ
CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP
§1. Sự làm việc của sàn liên hợp
1. Yêu cầu về cấu tạo
ƒ Giới hạn đàn hồi của tôn khoảng 300N/mm2
ƒ Kích thước của cốt liệu trong bê tông nhỏ hơn (0.4hc, bo/3, 31.5mm)
25
Bộ môn Công trình Thép - gỗ
CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP
§1. Sự làm việc của sàn liên hợp
2. Sự làm việc của sàn liên hợp
2.1. Các dạng liên kết:
ƒ Liên kết hoàn toàn: biến dạng dọc giữa tấm tôn và bê tông bằng nhau
ƒ Liên kết không hoàn toàn: tồn tại sự trượt tương đối giữa tấm tôn và bê tông
dọc theo bề mặt tiếp xúc
- Trượt cục bộ rất nhỏ, phân bố lại nội lực liên kết
- Trượt tổng thể lớn, có thể đo và nhìn thấy được
26
13/54
13
Bộ môn Công trình Thép - gỗ
CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP
§1. Sự làm việc của sàn liên hợp
2. Sự làm việc của sàn liên hợp
ƒ Liên kết cơ học bằng cách tạo biến dạng trước cho tấm tôn
ƒ Sử dụng tấm tôn có sườn đóng để tăng ma sát
ƒ Làm biến dạng ở đầu sườn tấm tôn
27
Bộ môn Công trình Thép - gỗ
CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP
§1. Sự làm việc của sàn liên hợp
2. Sự làm việc của sàn liên hợp
ƒ Neo ở đầu sàn bằng chốt liên kết giữa bê tông và tôn
28
14/54
14
Bộ môn Công trình Thép - gỗ
CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP
§1. Sự làm việc của sàn liên hợp
2. Sự làm việc của sàn liên hợp
ƒ Neo ở đầu sàn bằng chốt liên kết giữa bê tông và tôn
29
Bộ môn Công trình Thép - gỗ
CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP
§1. Sự làm việc của sàn liên hợp
2. Sự làm việc của sàn liên hợp
ƒ Neo ở đầu sàn bằng chốt liên kết giữa bê tông và tôn
30
15/54
15
Bộ môn Công trình Thép - gỗ
CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP
§1. Sự làm việc của sàn liên hợp
2. Sự làm việc của sàn liên hợp
2.2. Các dạng tương tác
ƒ Tương tác hoàn toàn: sự trượt tổng thể bằng 0, sự truyền lực cắt dọc hoàn
toàn, phá hoại là giòn nếu xảy ra đột ngột hoặc dẻo nếu xảy ra từ từ
ƒ Tương tác một phần: sự trượt tổng thể có giới hạn, sự truyền lực cắt dọc
không hoàn toàn, phá hoại là giòn hoặc dẻo
ƒ Tương tác bằng 0: sự trượt tổng thể không bị ngăn cản, không có sự truyền
lực cắt dọc, phá hoại xảy ra từ từ
31
Bộ môn Công trình Thép - gỗ
CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP
§1. Sự làm việc của sàn liên hợp
32
16/54
16
Bộ môn Công trình Thép - gỗ
CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP
§1. Sự làm việc của sàn liên hợp
3. Các dạng phá hoại
3.1. Dựa trên tiết diện phá hoại
ƒ há hoại
Phá h theo ế d
h tiết ệ I ở giữa
diện ữ nhịp
h dod mômen
ô
ƒ Phá hoại theo chiều dài trượt dọc Ls của tiết diện II do lực trượt của liên kết
thép - bêtông.
Ls = L/4 khi sàn chịu tải phân bố đều,
= khoảng cách từ vị trí đặt tải đến gối tựa gần nhất khi sàn chịu tải tập
trung
ƒ Phá hoại theo tiết diện III ở gối tựa do lực cắt
3.2. Dựa trên tính chất của sự phá hoại
ƒ Phá hoại giòn: xảy ra đột ngột, có biến dạng bé
ƒ Phá hoại dẻo: xảy ra từ từ kèm theo biến dạng lớn
33
Bộ môn Công trình Thép - gỗ
CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP
§2. Tính toán sàn liên hợp
1. Trạng thái tính toán
1.1. Trong giai đoạn thi công (tôn sử dụng như ván khuôn)
ƒ Trọng lượng bản thân bê tông và tôn thép
ƒ Tải trọng thi công
ƒ Tải trọng do chất vật liệu tạm thời
ƒ Hiệu ứng tăng chiều dày bê tông để bù lại độ võng của tôn
34
17/54
17
Bộ môn Công trình Thép - gỗ
CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP
§2. Tính toán sàn liên hợp
1. Trạng thái tính toán
1.1. Trong giai đoạn thi công (tôn sử dụng như ván khuôn)
ƒ Độ võng do trọng lượng bản thân δ ≤ (L/180, 20mm)
ƒ Nếu độ võng không thỏa mãn thì xét đến hiệu ứng tăng bề dày bê tông trong
tính toán (thêm 0.7δ)
35
Bộ môn Công trình Thép - gỗ
CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP
§2. Tính toán sàn liên hợp
1. Trạng thái tính toán
1.2. Trong giai đoạn sử dụng
ƒ Tải trọng bản thân kết cấu và các lớp vật liệu hoàn thiện
ƒ Hoạt tải sử dụng
ƒ Phản lực thay đổi do dỡ bỏ các thanh chống (nếu có)
ƒ Do tác động của từ biến, co ngót, chuyển vị gối tựa
ƒ Do tác động của nhiệt độ
36
18/54
18
Bộ môn Công trình Thép - gỗ
CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP
§2. Tính toán sàn liên hợp
1. Trạng thái tính toán
1.2. Trong giai đoạn sử dụng
ƒ Độ võng khi chịu đồng thời tất cả các tải trọng ≤ L/250
ƒ Độ võng khi chịu hoạt tải sử dụng và các biến dạng theo thời gian ≤ L/300
ƒ Cần xét thêm ảnh hưởng của độ trượt ở đầu nhịp và sự xuất hiện vết nứt
trong bê tông
37
Bộ môn Công trình Thép - gỗ
CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP
§2. Tính toán sàn liên hợp
2. Xác định nội lực
2.1. Trong giai đoạn thi công
ƒ Kết cấu làm việc đàn hồi tuyến tính: độ cứng là không đổi dọc theo chiều dài
tôn, bỏ qua sự thay đổi độ cứng do mất ổn định cục bộ của tôn tại vùng nén
2.2. Trong giai đoạn sử dụng: có 2 phương pháp
ƒ Kết cấu làm việc đàn hồi tuyến tính:
- Không phân bố lại mômen gối tựa nếu kể đến vết nứt trong tính toán
- Có phân bố lại mômen gối tựa nếu không kể đến vết nứt trong tính
toán (độ giảm tối đa mômen là 30%)
ƒ Kết cấu làm việc dẻo: cho phép xuất hiện khớp dẻo
38
19/54
19
Bộ môn Công trình Thép - gỗ
CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP
§2. Tính toán sàn liên hợp
3. Kiểm tra tiết diện
3.1. Trong giai đoạn thi công
W eff
ƒ Điều kiện bền: M Rd = f yp
γ ap
5 1
ƒ Điều kiện độ võng δ =k pL4
384 EI eff
Trong đó: Ieff và Weff là mômen quán tính và mômen chống uốn của tiết
diện hiệu quả
fyp là giới hạn chảy của vật liệu tôn
γap là hệ số độ tin cậy của vật liệu tôn, = 1.1
k là hệ số phụ thuộc sơ đồ kết cấu của tấm tôn
39
Bộ môn Công trình Thép - gỗ
CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP
§2. Tính toán sàn liên hợp
3. Kiểm tra tiết diện
3.1. Trong giai đoạn thi công
ƒ Tiết diện hiệu quả:
- Tiết diện sau khi trừ đi phần mất ổn định cục bộ đối với những phần tiết diện
chịu nén.
Bề rộng hiệu quả beff = ρb pi
⎛ 0.22 ⎞ 1 λ pu − λ pd
ρ = ⎜⎜1 − ⎟ + 0.18 nếu λ pd > 0.673
λ pd ⎠⎟ λ pd
Với
⎝ λ pu − 0.6
Độ mảnh dưới tác dụng của σcom bp σ com
λ pd = 1.052
t Ek σ
bp fy
Độ mảnh cho phép λ pu = 1.052
t Ek σ
Toàn bộ thành mỏng là hiệu quả nếu λ pd ≤ 0.673
40
20/54
20