Sàn phẳng bê tông cốt thép trong nhà nhiều tầng có vách cứng chịu tải trọng ngang là gió

Lý do chọn đề tài

Với những ưu điểm như giảm chiều cao cấu tạo của tầng nhà, tận dụng không gian, đảm bảo mỹ thuật, thuận tiện cho công tác thi công. Kết cấu sàn không dầm được sử dụng rộng rãi trong các công trình xây dựng. Ở các nước có nền xây dựng phát triển đặc biệt là Mỹ, kết cấu sàn không dầm – sàn nấm, được sử dụng rộng rãi trong 10 năm trở lại đây. Cùng với sự phát triển kinh tế xã hội, nhu cầu xây dựng các công trình dân dụng cao tầng phục vụ cho sinh hoạt, làm việc và nhiều chức năng khác tăng rất nhanh, đặc biệt ở các thành phố lớn như Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh…, nhiều nhà cao tầng đã được xây dựng đặt ra những yêu cầu ngày càng cao về quan niệm và tính toán thiết kế nhà cao tầng chịu ảnh hưởng của tải trọng ngang (trong phạm vi nghiên cứu của luận văn chỉ xét đến yếu tố tải trọng gió). Vì vậy việc tính toán thiết kế sàn phẳng (sàn không dầm) bê tông cốt thép trong kết cấu nhà nhiều tầng có xét đến ảnh hưởng của vách cứng khi chịu tải trọng ngang (gió) là vấn đề cần được quan tâm nghiên cứu.

Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu

Tính toán lựa chọn các thông số kích thước hợp lý của sàn phẳng bê tông cốt thép trong nhà nhiều tầng có xét đến ảnh hưởng của vách cứng khi chịu tải trọng ngang.
So sánh diện tích và cách bố trí cốt thép trong 2 trường hợp khi: sàn chịu tải trọng đứng và sàn chịu tải trọng ngang để bổ sung lượng cốt thép cần thiết.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Sàn phẳng bê tông cốt thép trong nhà nhiều tầng có vách cứng chịu tải trọng ngang là gió.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết và ứng dụng vào phân tích sự làm việc của sàn phẳng và vách cứng khi chịu tải trọng ngang.
Sử dụng phần mềm kết cấu Safe để tính toán nội lực.

Bố cục đề tài:

Mở đầu

Tính cấp thiết của đề tài
Mục tiêu đề tài
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu

Chương 1: Tổng quan sàn phẳng bê tông cốt thép (sàn không dầm)

Chương 2: Các phương pháp tính toán thiết kế sàn phẳng bê tông cốt thép

Chương 3: Ví dụ tính toán

Kết luận và kiến nghị

Tổng quan tài liệu nghiên cứu

- Sàn phẳng bê tông cốt thép trong nhà nhiều tầng có vách cứng chịu tải trọng ngang là gió — – Sàn phẳng bê tông cốt thép trong nhà nhiều tầng có vách cứng chịu tải trọng ngang là gió

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ SÀN PHẲNG BÊ TÔNG CỐT THÉP

(SÀN KHÔNG DẦM)

TỔNG QUAN VỀ SÀN PHẲNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ VÀ VIỆT NAM)

Tổng quan về sàn phẳng

Sàn phẳng gồm có bản kê trực tiếp lên cột. Đầu cột có thể được làm loe ra thành mũ cột để bản liên kết với cột được chắc chắn, đảm bảo cường độ chống đâm thủng của bản, đồng thời làm giảm nhịp tính toán của bản và làm mômen được phân ra một cách đều đặn theo bề rộng bản

Hình 1.1: Sàn phẳng không dầm

Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Ngày nay, người ta đã xây dựng được những phương pháp tính bằng số mạnh để giải quyết các bài toán về môi trường liên tục. Các phương pháp tính hiện đại này được sử dụng một cách có hiệu quả để phân tích các kết cấu bằng cách sử dụng một mô hình rời rạc để mô hình hoá kết cấu thực.

Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam

Sàn bê tông không dầm (sàn phẳng) được sử dụng rộng rãi tại các nước trong khu vực như Hong Kong, Thái Lan, Indonesia, Malaysia, Singapore… Ở Việt Nam, việc ứng dụng sàn phẳng trong các công trình cao tầng hiện nay được sử dụng khá phổ biến do có nhiều ưu điểm như: tăng tương đối chiều cao thông tầng, trần phẳng tạo không gian đẹp, linh hoạt, độ bền công trình cao, thi công nhanh .

SƠ LƯỢC VỀ KẾT CẤU SÀN VÀ VÁCH CỨNG TRONG NHÀ NHIỀU TẦNG

Sơ lược về kết cấu sàn

Khái niệm về vách cứng lõi cứng

CHƯƠNG 2

CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

SÀN PHẲNG BÊ TÔNG CỐT THÉP

SỰ LÀM VIỆC CỦA SÀN TRONG KẾT CẤU NHÀ NHIỀU TẦNG CHỊU TẢI TRỌNG NGANG

– Sàn là một bộ phận quan trọng của kết cấu nhà cao tầng nhưng thường được đơn giản hóa trong tính toán. Độ cứng của sàn cũng thường chỉ được xem xét trong tính toán chịu lực của chính bản thân nó, mà ít khi xét đến sự ảnh hưởng đến nội lực và chuyển vị của hệ kết cấu.

CÁC MÔ HÌNH PHÂN TÍCH NỘI LỰC SÀN CHỊU TẢI TRỌNG NGANG

Mô hình tính phân phối tải trọng ngang

Trong mặt phẳng ngang, sàn các tầng được quan niệm như một dầm liên tục có độ cứng hữu hạn, kê trên các kết cấu đứng (vách) có độ cứng uốn nhất định được xem như các gối tựa đàn hồi.
Tải trọng ngang được quy về dạng phân bố đều (q) trên từng cao độ sàn, tác dụng theo phương song song với mặt phẳng của chúng.
Gối tựa đàn hồi là các kết cấu đứng trong cùng một mặt phẳng đi qua điểm giao nhau giữa sàn các tầng với mặt phẳng chứa các kết cấu đứng.

Các giả thiết tính toán

Vật liệu đàn hồi, tuân theo quy luật biến dạng tuyến tính;
Chưa tính đến ảnh hưởng của biến dạng trợt trong các vách;
Bỏ qua ảnh hưởng của biến dạng dọc trục trong các kết cấu ngang;

PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN

QUAN NIỆM MÔ HÌNH TÍNH TOÁN

Sự làm việc của sàn trong kết cấu nhà nhiều tầng chịu tải trọng ngang.

Trên hình 2.1a minh họa sự làm việc của một tấm sàn chịu tải trọng trong mặt phẳng. Sàn có thể được mô hình như dầm có hai gối đỡ (vách). Nội lực của sàn được thể hiện trên hình 2.1b. Mômen uốn Mu gây ra lực kéo Tu và lực nén Cu (hình 2.1c) tại các dải ở biên sàn.

$C:\Users\SONY\AppData\Local\Temp\Rar$DR10.5172\A Huy\Hình 1.png$

Hình 2.1: Sự làm việc của sàn chịu tải trọng ngang

Thành phần lực cắt được truyền cho các vách thông qua các dải sàn quanh vách, được gọi là collector. Một collector có thể có bề rộng bằng bề rộng vách (vách bên phải hình 2.2a).

$C:\Users\SONY\AppData\Local\Temp\Rar$DR10.4094\A Huy\Hình 2.png$

Hình 2.2: Dải sàn truyền lực ngang cho vách (collector)

Trên hình 2.2b thể hiện lực dọc (kéo và nén) trong collector trong trường hợp bề rộng collector bằng bề rộng của vách.

Các mô hình phân tích nội lực sàn chịu tải trọng ngang

Mô hình dầm tương đương

Mô hình dầm tương đương hiệu chỉnh

$C:\Users\SONY\AppData\Local\Temp\Rar$DR12.8547\A Huy\Hinh 3.png$

Hình 2.3: Lực truyền giữa sàn và vách

Khi sàn được mô hình tuyệt đối cứng và sử dụng phương pháp lực ngang tương đương thì lực truyền tới sàn được tính toán bằng sự sai khác của các lực trong cấu kiện đứng ở phía trên và dưới sàn đang xét.

Gần đúng có thể xác định lực phân bố trên sàn từ tổng hợp lực ngang và tấm cứng của sàn. Với các sàn hình chữ nhật có khối lượng phân bố đều, lực phân bố hình thang sẽ được áp dụng cho sàn (hình 2.4). Lực cắt và mômen thu được (hình 2.4b) đều được chấp nhận để tính toán, phân tích cho kết cấu sàn.

$C:\Users\SONY\AppData\Local\Temp\Rar$DR14.2203\A Huy\Hình 4.png$

$C:\Users\SONY\AppData\Local\Temp\Rar$DR13.7422\A Huy\Hình 5.png$

Hình 2.4: Mô hình dầm tương đương hiệu chỉnh

Lưu ý rằng, cách tiếp cận này sẽ khó xét được mômen do các gối tựa theo 2 phương vuông góc với chiều lực ngang tác dụng (RC và RD trên hình 2.4a).

Mô hình phần tử hữu hạn

KIỂM TRA KHẢ NĂNG CHỐNG CẮT CỦA SÀN

KIỂM TRA ĐỘ VÕNG SÀN

Độ võng của sàn bao gồm độ võng ngắn hạn do tác dụng của tải trọng ngắn hạn và độ võng dài hạn do tác dụng của tải trọng dài hạn. Một phần đáng kể của độ võng do tải trọng bản thân của sàn sẽ được kháng lại bởi độ võng ngược do ƯLT. Vì vậy, trong tính toán chỉ tải trọng thường xuyên vượt quá tải trọng cân bằng bởi ƯLT cần được xem xét.

Độ võng ngắn hạn

Độ võng dài hạn

2.6.3. Độ võng tổng cộng

CHƯƠNG 3

VÍ DỤ TÍNH TOÁN

TRƯỜNG HỢP 1: SÀN CHỊU TẢI TRỌNG ĐỨNG

Công trình với mặt bằng như hình 3.1 chịu tải trọng đứng.

Sàn phẳng có bề dày b = 20 (cm), vách có bề dày b₁ = 30 (cm)

Kích thước nhịp theo hai phương 8m

Chiều cao tầng 3,3m.

Bê tông vách, sàn sử dụng bê tông có cấp độ bền B25.

Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn (phần mềm SAFE) để tính toán nội lực trong sàn dưới tác dụng của tải trọng đứng (tỉnh tải và hoạt tải).

Hình 3.1: Mặt bằng tầng điển hình chịu tải trọng đứng

$C:\Users\SONY\Desktop\hình tải đứng\h4.bmp$

Hình 3.2: Mặt bằng ký hiệu strip

$C:\Users\ThanhVinh\Desktop\LUẬN VĂN ANH HUY\h7.bmp$

Hình 3.5: Biểu đồ lực dọc các strip song song với trục X và trục Y

sàn chịu tải trọng đứng

$C:\Users\ThanhVinh\Desktop\LUẬN VĂN ANH HUY\h4.bmp$

Hình 3.8: Biểu đồ lực cắt các strip song song với trục X và trục Y

sàn chịu tải trọng đứng

$C:\Users\ThanhVinh\Desktop\LUẬN VĂN ANH HUY\h1.bmp$

Hình 3.11: Biểu đồ moment các strip song song với trục X và trục Y

sàn chịu tải trọng đứng

$C:\Users\SONY\Desktop\safe tt dung\h8.bmp$

Hình 3.12: Biểu đồ diện tích cốt thép trong các strip theo phương Y

sàn chịu tải trọng đứng (S_ct = mm²)

$C:\Users\SONY\Desktop\safe tt dung\h7.bmp$

Hình 3.13: Biểu đồ diện tích cốt thép trong các strip theo phương X

sàn chịu tải trọng đứng (S_ct = mm²)

TRƯỜNG HỢP 2: SÀN CHỊU TẢI TRỌNG NGANG

Công trình với mặt bằng (hình 3.18), sàn chịu tải trọng ngang (hình 3.19, hình 3.25).

Sàn phẳng có bề dày b = 20 (cm), vách có bề dày b₁ = 30 (cm)

Nhịp sàn theo hai phương 8m. Chiều cao tầng 3,3m.

Bê tông vách, sàn sử dụng bê tông cấp độ bền B25.

Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn (phần mềm SAFE) để tính toán nội lực trong sàn dưới tác dụng của tải trọng ngang theo phương X và Y với q = 10(kN/m).

Hình 3.18: Mặt bằng tầng điển hình

$C:\Users\SONY\Desktop\ngang y tren m dai\8.bmp$

Hình 3.19: Mặt bằng tầng điển hình chịu tải trọng ngang theo phương Y

$C:\Users\SONY\Desktop\ngang y tren m dai\9.bmp$

Hình 3.20: Mặt bằng ký hiệu strip

$C:\Users\SONY\Desktop\ngang y tren m dai\SA FE DUNG CUOI.bmp$

Hình 3.21: Biểu đồ lực dọc trong các strip sàn song song với trục Y

do tải trọng ngang tác dụng theo phương Y (KN)

$C:\Users\SONY\Desktop\ngang y tren m dai\7.bmp$

Hình 3.22: Biểu đồ lực dọc trong các strip sàn song song với trục X

do tải trọng ngang tác dụng theo phương Y (KN)

$C:\Users\SONY\Desktop\hinh anh tải ngang cuoi\h2.bmp$

Hình 3.23: Biểu đồ lực cắt trong các strip sàn song song trục X & Y

do tải trọng ngang tác dụng theo phương Y (giá trị quá nhỏ)

$C:\Users\SONY\Desktop\ngang y tren m dai\2.bmp$

Hình 3.24: Biểu đồ momen trong các strip sàn song song trục X & Y

do tải trọng ngang tác dụng theo phương Y (giá trị quá nhỏ)

$C:\Users\SONY\Desktop\ngang y tren m dai\13.bmp$

Hình 3.25: Mặt bằng tầng điển hình chịu tải trọng ngang theo phương X

$C:\Users\SONY\Desktop\ngang y tren m dai\10.bmp$

Hình 3.26: Biểu đồ lực dọc trong các strip sàn song song với trục X

do tải trọng ngang tác dụng theo phương X (KN)

$C:\Users\SONY\Desktop\ngang y tren m dai\11.bmp$

Hình 3.27: Biểu đồ lực dọc trong các strip sàn song song với trục Y

do tải trọng ngang tác dụng theo phương X (KN)

$C:\Users\SONY\Desktop\HINH NGANG X CUOI\4.bmp$

Hình 3.28: Biểu đồ lực cắt trong các strip sàn song song trục X & Y

do tải trọng ngang tác dụng theo phương X (quá nhỏ)

$C:\Users\SONY\Desktop\ngang y tren m dai\12.bmp$

Hình 3.29: Biểu đồ momen trong các strip sàn song song trục X & Y

do tải trọng ngang tác dụng theo phương X (quá nhỏ)

$C:\Users\SONY\Desktop\safe tt ngang\ta.bmp$

Hình 3.30: Biểu đồ diện tích cốt thép các dải theo phương X (S_ct = mm²)

$C:\Users\SONY\Desktop\safe tt ngang\tb.bmp$

Hình 3.31: Biểu đồ diện tích cốt thép các dải theo phương Y (S_ct = mm²).

. KẾT LUẬN CHƯƠNG

Qua 2 trường hợp:

Trường hợp 1: Sàn chịu tải trọng đứng
Trường hợp 2: Sàn chịu tải trọng ngang có xét đến ảnh hưởng của vách cứng

Ta nhận thấy:

– Các giá trị nội lực: mômen, lực cắt và lực dọc trong 2 trường hợp khác nhau đáng kể

+ Trường hợp 1: Giá trị lực dọc trong sàn nhỏ, giá trị mômen và lực cắt trong sàn lớn

+ Trường hợp 2: Giá trị lực dọc trong sàn lớn, giá trị mômen và lực cắt trong sàn nhỏ

– Giá trị lực dọc trong trường hợp 2 khi sàn chịu tác dụng tải trọng ngang lớn hơn rất nhiều so với trường hợp 1 khi sàn chịu tải trọng đứng. (Thể hiện qua bảng so sánh nội lực trong 2 trường hợp phần phụ lục 1)

– Trong trường hợp 2 khi sàn chịu tác dụng tải trọng ngang, sàn truyền tải trọng về vách, lúc đó tại tiết diện giao nhau giữa sàn và vách xuất hiện ứng suất tập trung dẫn đến biều đồ lực dọc tại những vị trí xung quanh vách có những bước nhảy như (hình 3.21; hình 3.26). Hay nói cách khác khi sàn chịu tải trọng ngang có kể đến vách cứng thì phần sàn xung quanh vách có phản lực của vách lên sàn (với giá trị nhất định) tạo ra bước nhảy trong biểu đồ nội lực.

* Tính toán so sánh cốt thép trong 2 trường hợp ta thấy:

– Với giả thiết sàn tuyệt đối cứng (trong mặt phẳng ngang của chúng) chịu tải trọng ngang được tính toán thành các lực tập trung tại mức sàn và phân phối vào vách cứng là chưa đầy đủ vì trong trường hợp 2 sàn chịu tải trong ngang có kể đến vách cứng ta thấy vùng sàn xung quanh xuất hiện nội lực tuy nhỏ nhưng cần phải được tính toán và bổ sung cốt thép để đảm bảo an toàn và điều đó được tính toán và thể hiện trong trường hợp 2 cụ thể (hình 3.30, hình 3.31, hình 3.32, hình 3.33).

KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ

KẾT LUẬN:

Trong kết cấu nhà nhiều tầng chịu tải trọng ngang có thể quan niệm sàn làm việc như một dầm trong mặt phẳng sàn với các liên kết gối tựa là các vách cứng. Việc thiết kế kết cấu sàn chỉ chịu tải trọng đứng trong nhiều trường hợp là chưa đảm bảo an toàn, cần xem xét sàn chịu tác dụng của tải trọng ngang để nhằm bổ sung các cốt thép cần thiết nhất là tại các mức sàn có hệ kết cấu theo phương đứng bị gián đoạn.
Khi thiết kế nhà nhiều tầng cần cấu tạo cốt thép liên kết sàn và vách cứng để giảm ứng suất tập trung cục bộ làm tăng khả năng làm việc tương hỗ giữa sàn và vách cứng, tăng khả năng chịu lực ngang của nhà nhiều tầng.

KIẾN NGHỊ:

Hiện nay, lý thuyết tính toán thiết kế sàn phẳng bê tông cốt thép (sàn không dầm) chịu tải trọng ngang còn rất hạn chế cần được quan tâm nghiên cứu bổ sung vào tiêu chuẩn
Nội lực tăng trong sàn phẳng bê tông cốt thép tham gia chịu tải trọng ngang có kể đến ảnh hưởng của vách cứng khi quan niện sàn có độ cứng hữu hạn, cần được tính toán bổ sung cốt thép để đảm bảo an toàn.

LIỆN HỆ:

SĐT+ZALO: 0935568275

E:\DỮ LIỆU COP CỦA CHỊ YẾN\DAI HOC DA NANG\LUAN VAN 2014\LUAN VAN KY THUAT\LUAN VAN LOP K26 XDDD\NGO NHAT HUY

Sàn phẳng bê tông cốt thép trong nhà nhiều tầng có vách cứng chịu tải trọng ngang là gió

Lý do chọn đề tài

Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu

Bố cục đề tài:

Tổng quan tài liệu nghiên cứu