chƯƠng 5. kẾt cẤu mÁi bÊ tÔng cỐt...

CHƯƠNG 5 - KẾT CẤU MÁI BÊ TÔNG CỐT THÉP Trang120

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP. HCM Kết Cấu Bê Tông Cốt Thép- Phần 2 : Kết Cấu Nhà Cửa

CHƯƠNG 5. KẾT CẤU MÁI BÊ TÔNG CỐT THÉP

5.1 KHÁI NIỆM CHUNG VÀ PHÂN LOẠI

Kết cấu mái có thể được phân loại như sau:

- Theo hình dáng: mái phẳng và mái vỏ không gian.

Mái phẳng

Mái vỏ không gian Mái vỏ không gian

Hình 5.1



- Theo độ dốc i của mái: mái bằng khi i 1/8, mái dốc khi i>1/8.

- Theo phương pháp thi công: mái toàn khối, mái lắp ghép.

5.1.1 MÁI TOÀN KHỐI

Ưu điểm: khả năng chống thấm cao và tạo nên một độ cứng không gian lớn chocông trình.

Mái toàn khối là một hệ bản có sườn hoặc không sườn, có chiều dày tối thiểu50mm.

- Bản mái có thể làm việc theo bản loại dầm hoặc bản kê bốn cạnh phụ thuộc

tỷ lệ các cạnh của ô bản và tính toán tương tự như hệ bản sàn liền khối.

- Phía trên mái có các lớp cách nhiệt dày trung bình 100 – 150 mm, vữa chống

thấm dày 15 – 20 mm và hai lớp gạch lá men.

5.1.2 MÁI LẮP GHÉP

Về mặt cấu tạo: có thể chia ra mái có xà gồ và mái không có xà gồ.

Các lớp cấu tạo có thể gồm có gạch lá nem, bê tông chống thấm, lớp cách nhiệt vàbản mái là các panen mái. Đối với mái nhà công nghiệp, panen thường có kíchthước 6 x 1.5 m và 6 x 3 m…

5.2 CÁC THÀNH PHẦN CỦA HỆ KẾT CẤU MÁI LẮP GHÉP

Hệ kết cấu mái lắp ghép:gồm panen mái, xà gồ, dầm mái, vòm, dàn mái.

Ngoài những kết cấu chủ yếu trên, t rong các nhà công nghiệp một tầng, để đáp ứngyêu cầu công nghệ, lưới cột bên trong có thể đặt thưa hơn – với bước cột là 12 m,18 m, còn các hàng cột biên vẫn giữ là 6 m. Nếu panen mái là loại dài 6 m, thì phảicó kết cấu đỡ dàn mái với nhịp là 12 m hoặc 18 m.

5.2.1 PANEN MÁI

a) Phân loại

Thường sử dụng phổ biến loại panen mái 6 x 1.5 m. Ngoài ra còn sử dụng nhữngpanen mái có kích thước lớn hơn như 6 x 3 m, 12 x 1.5 m và 12 x 3 m.



b) Cấu tạo

Panen mái 6 x 1.5 m

5970

1490

95 30

65

140

300

1595

1490

65

90

195

15

Hình 5.2

Kết cấu panen gồm: có bản mặt tựa lên các sườn ngang (sườn phụ) và hai sườn dọc(sườn chính).

- Chiều dày bản mặt từ 30 – 35 mm.

- Chiều cao sườn phụ là 140 mm, chiều cao sườn chính là 300 mm.

Bê tông mác 200 đến 300. Cốt thép trong sườn dọc có thể dùng nhóm CII, CIII. Sửdụng cốt thép ứng lực trước hiệu quả kinh tế kỹ thuật sẽ cao hơn.

Nếu dùng cốt thép ứng lực trước trong sườn chính người ta thường dùng thép nhómA – IIIB hoặc thép nhóm A – IV.

Chi phí bê tông trung bình cho một panen là 0.57m3, trọng lượng trung bình là 1.4T.Trọng lượng 1m2 panen vào khoảng 190kG (kể cả phần bê tông chèn khe hở).

Panen mái 6 x 3 m

Ưu điểm so với panen 6 x 1.5m:

- Giảm số lượng panen xuống hai lần.

- Truyền trực tiếp tải trọng từ panen vào mắt dàn thông qua sườn dọc nên

tránh được hiện tượng uốn cục bộ cho dàn mái.

- Giảm được 17% chi phí bê tông so với loại panen 6 x 1.5 m.

- Trọng lượng 1m2 panen (kể cả bê tông chèn kẽ) là 170kG.

Sườn dọc của panen cao 300 mm.



Chi phí bê tông cho một panen là 0.95m3 tương ứng trọng lượng 2.4T. Thườngdùng bê tông mác 200 – 300.

Panen 12 x 1.5 m

- Panen có hai sườn dọc cao 450mm và các sườn ngang cách nhau gần 1m và

cao 250mm.

- Trọng lượng 1m2 panen (kể cả bê tông chèn) khoảng 320kG.

- Thường dùng để lấp các khoảng trống bên cạnh cửa mái hoặc lợp cửa mái.

Ngoài ra còn dùng lắp vào những sàn có hoạt tải 900 – 1300 kG/m2.

- Thép dọc của panen là thép thanh, thép sợi cường độ cao hoặc cáp, ứng lực

trước. Bê tông mác 400 – 500.

Panen 12 x 3 m

- Bê tông và cốt thép giống như panen 12 x 1.5m.

- So với panen 12 x 1.5m, loại panen này có chi phí bê tông ít hơn 30% (kể cả

bê tông chèn khe).

Một số loại panen mái khác

Ngoài các panen phẳng có sườn bằng BTCT như trên, còn dùng một số loại panenmái khác.

Panen bằng bê tông xốp có kích thước 6 x 1.5 m và 6 x 3 m.

- Bản mặt bằng bê tông nhẹ dày 100 – 200 mm, sườn làm bằng bê tông nặng.

- Panen vừa đóng vai trò chịu lực vừa cách nhiệt.

Các loại panen hộp.

- Là các loại panen định hình có kích thước danh định như sau: rộng 450 mm,

600 mm và 1200 mm; dài 3000 mm, 3300 mm, 3600 mm, 3900 mm và 4200

mm (4500 mm), cao 200 mm.

- Loại panen rộng 600 mm có một lỗ rỗng, bản mặt panen dày 35 mm, bản đáy

panen dày 25 mm, các sườn dọc trung bình dày 50 mm.

Panen chữ T 12 x 3 m



Hai sườn dọc cách nhau 1.5 m cao 400 mm, không có sườn ngang. Sườn dọc có thểđổ liền khối với bản mặt.

Bê tông mác 600, cốt thép ứng lực trước là thép thanh, thép sợi cường độ cao hoặccáp.

Ưu điểm:

- Vùng nén của bê tông được mở rộng, do đó giảm được chiều cao sườn.

- Momen theo phương ngang nhỏ nên không cần sườn ngang.

- Chế tạo thuận tiện.

Nhược điểm:

- Độ vồng của các dầm panen khác nhau nên việc nối bản mặt của các tấm

cạnh nhau gặp nhiều khó khăn và làm cho mái không phẳng.

- Sườn panen không đặt đúng vào mắt dàn, do đó cánh thượng của dàn bị uốn

cục bộ.

Thường chỉ dùng cho những nhà công nghiệp không có cửa mái.

Panen bản cong

Nhịp panen thường là 6 m, 9 m, 12 m ; chiều rộng panen là 1.5 m hoặc 3 m đượcchế tạo với thép ứng lực trước theo cả hai phương: dọc và ngang.

Bản mặt dày 30 mm, hai sườn dọc có tiết diện thay đổi theo hình panen.

Chịu lực hợp lý nhưng chế tạo phức t ạp, đòi hỏi các thiết bị căng đặc biệt.

Panen mái bằng xi măng lưới thép

Ưu điểm:

- Nhẹ, ít tốn vật liệu, chống thấm tốt…

- Panen có thể phẳng, cong một chiều hoặc hai chiều, lượn sóng, gấp khúc…

- Tiết diện ngang khá đa dạng.



c) Đặc điểm tính toán panen mái

Chiều dài thiết kế của panen mái: l=a - 30 mm . Trong đó: a là khoảng cách danhnghĩa giữa hai trục của hai xà ngang đỡ panen mái, 30 mm là khe hở tiêu chuẩn củapanen.

Nhịp tính toán của panen mái: '0 cl =l - 0.5b với b’

c là chiều rộng cánh thượng của xà

ngang (dầm hoặc dàn). Có thể lấy0l =5.8 m cho panen 6 m và 0l =11.7 m cho panen

12 m.

Theo phương dọc, panen làm việc như một dầm đơn giản có tiết diện chữ T có cánhtrong vùng chịu nén.

- Đối với panen có sườn ngang, khi khoảng cách giữa hai sườn ngang không

vượt quá khoảng cách giữa hai sườn dọc thì chiều rộng tính toán của cánh

chữ T lấy bằng chiều rộng b’c của panen.

- Nếu không có sườn ngang hoặc khoảng cách giữa hai sườn ngang lớn hơn

khoảng cách giữa hai sườn dọc thì chiều rông tính toán của cánh chữ T lấy

theo quy định đối với chữ T độc lập.

Panen phải được tính theo cường độ, biến dạng và hình thành khe nứt. Khi tính toánsườn ngang có thể kể đến một phần hiệu ứng ngàm của sườn dọc đối với nó.

5.2.2 XÀ GỒ

Là một loại dầm chịu uốn xiên đặt cách nhau từ 1 – 3 m tùy theo kích thước của tấmlợp. Xà gồ gác lên xà ngang của khung có chiều dài bằng khoảng cách giữa hai xàngang.

Tiết diện chữ T hoặc chữ U.

Xà gồ liên kết bu lông với thép góc đã được hàn vào xà ngan g. Thép góc này vừa đểđịnh vị cho xà gồ vừa để chịu trượt dọc theo phương nghiêng.

Để tăng khả năng chịu lực cho xà gồ, nối chúng với nhau bằng những thanh căngđặt ở giữa nhịp, ở bản bụng có chừa sẵn lỗ 20 để luồn thanh căng qua.

Xà gồ được tính toán như một dầm đơn giản chịu uốn xiên.

5.2.3 DẦM MÁI



a) Cấu tạo

Dầm mái là kết cấu đỡ mái, thường là xà ngang của khung hoặc dầm độc lập gác lêntường hoặc trụ.

Thích hợp với nhịp≤ 18 m. Nếu dùng dầm mái ứng lực trước có thể vượt nhịp ≥ 24m.

Dầm mái có thể có hai mái dốc hoặc một mái dốc.

Độ dốc của mái là 1/8, 1/10 hoặc 1/12 phụ thuộc vào nhu cầu thoát nước mưa.

Tiết diện: tiết diện chữ T, I.

- Chiều cao ở giữa dầm thường lấy bằng 1 1

10 15l

, chiều cao đầu dầm lấy

bằng 1 1

20 35l

, l là nhịp của dầm. Thường lấy chiều cao đầu dầm là 800

mm.

- Với dầm có chiều cao lớn:

Bản bụng thường được khoét lỗ, lỗ có thể là hình tròn hoặc đa giác;

Không khoét lỗ ở khu vực gối tựa và chỗ có lực tập trung.

- Chiều dày bản bụng:

≥ 80 mm nếu đổ bê tông theo phương thẳng đứng;

≥ 60 mm nếu đổ bê tông theo phương ngang;

≥ 90 mmnếu dầm có cốt thép ứng lực trước.

- Chiều rộng cánh chịu nén: ' 1 1

50 60cb l

, l là nhịp dầm, thường lấy

' 200 400cb mm.

- Chiều rộng cánh hạ bc có thể nhỏ hơn b’c, thường lấy 200 250cb mm hoặc

lớn hơn.

- Ở đầu dầm:bản bụng được mở rộng để chịu phản lực gối tựa và đảm bảo liên

kết đầu dầm với đầu cột, thường lấy bằng bề rộng cánh hạ.



Hình 5.3

- Cốt thép dọc: là cốt thép thường hoặc cốt thép ứng lực trước.

- Cốt thép dọc thường được hàn chồng lên nhau, các mối hàn cách nhau

khoảng 1m. Ở gối tựa có thể cắt bớt một số cốt thép dọc chịu kéo.

- Ở đầu dầm và sườn dầm: phải có khung cốt thép đặt đứng, cốt đai dạng chữ

u bao lấy cốt chịu kéo.

- Bản bụng mỏng phải đặt lưới thép bằng các thanh dọc và cốt đai. Cốt đai xác

định theo lực cắt còn cốt dọc dùng 6 8 và khoảng cách lấy theo yêu cầu

cấu tạo tối thiểu.

- Mác bê tông 200 – 300, thép dọc chịu kéo dùng nhóm CII, CIII.

- Dầm có nhịp >15 m phải đặt cốt thép ứng lực trước để tránh được các vết nứt

đáng kể xuất hiện trong dầm.Bê tông mác 300 – 500, cốt thép nhóm AIII,

AIV, thép sợi cường độ cao, cáp…

Ở đầu dầm phải có các chi tiết thép bản đặt sẵn để liên kết dầm với đầu cột, trêncánh thượng phải có các bản mã để liên kết với panen mái.

Các lỗ ở bản bụng phải được gia cố để tránh vết nứt do tập trung ứng suất.

- Các góc lỗ phải được vuốt tròn, lượng cốt thép gia cố quanh lỗ bằng tổng

diện tích cốt thép khi không có lỗ.

Các dầm có chiều cao lớn hoặc chịu tải trọng tập trung lớn: cần cấu tạo thêm cácsườn đứng cách nhau khoảng 3m nhằm làm ổn định cho bản bụng.



Dầm mái có thể chế tạo cả cấu kiện hoặc thành từng khối rồi khuếch đại bằng căngcốt thép ứng lực trước.

Có thể chế tạo dầm mái với cốt thép ngang có ứng lực trước bằng phương phápcăng liên tục để tăng cường khả năng chống vết nứt xiên. Cốt thép ngang được căngtrên các chốt cố định vào khuôn thép, khi bê tông đạt cường độ quy định thì rút chốtđể buông cốt thép.

Có thể chế tạo dầm mái bằng phương pháp căng sau. Phương pháp này đòi hỏiphương tiện và thiết bị phức tạp nên chỉ được dùng trong các điều kiện bắt buộc.

b) Đặc điểm tính toán dầm hai mái dốc

Sơ đồ tính: dầm đơn giản kê tự do trên hai gối tựa.

Nhịp tính toán: 0 300l l mm , trong đó l là nhịp nhà.

Tải trọng tác dụng:

- Tĩnh tải: trọng lượng bản thân dầm mái, trọng lượng các lớp cấu tạo mái.

Hình 5.4

- Hoạt tải: tải trọng sửa chữa trên mái và tải trọng của cầu trục treo.

- Ngoài trọng lượng bản thân dầm mái còn có tải trọng khác truyền lên dầm

mái dưới dạng tải trọng tập trung thông qua các sườn panen. Nếu trên dầm

mái có từ 5 tải trọng tập trung trở lên thì ta có thể thay tải tập trung đó bằng

tải trọng phân bố đều.

- Tải trọng do cửa mái và tải trọng do cầu trục vẫn là những tải trọng tập trung.

Tiết diện nguy hiểm (tiết diện cần As lớn nhất):

- Trường hợp tổng quát:cách gối tựa một đoạn 0.35 0.4x l , l là nhịp nhà.



- Trường hợp nhà có cửa mái thì tiết diện nguy hiểm có thể ở dưói chân cửa

mái.

Khi tính toán cốt đai trong dầm mái:

- Trường hợp 1: Dầm có mép chịu kéo nằm nghiêng

Tính toán dầm như đối với dầm có chiều cao không đổi và lấy h0 = h01 tạitiết diện gối tựa (giá trị bé nhất của h0).

.0.75 0.75 sin sinb sw sw s inc s sQ Q q c R A A (5.1)

Trong đó:

20

min 0 0 max

0 0

1.50.5 2.5

3 0.6

btb bt b bt b

R bhQ R bh Q R bh Q

ch c h

(5.2)

Q – lực cắt trên tiết diện nghiêng có chiều dài hình chiếu trên trục cấu kiệnlà c, được tính từ tất cả các lực đặt ở một phía của tiết diện nghiêng;

Rbt - cường độ chịu kéo tính toán của bê tông ;

Rsw - cường độ tính toán của cốt đai và cốt xiên ;

Qb

Nb

a

ß

RswAs.inc

RswAsw2

RswAsw1

A

h01

s sAs

Z

Zsw1

Zsw2

Zs.in

c

s s

Hình 5.5

(5.3)

Asw – diện tích tiết diện ngang của các nhánh cốt đai trên một tiết diệnngang của dầm;



s – khoảng cách giữa các cốt đai;

As.inc- diện tích tiết diện ngang của một lớp cốt xiên;

- góc nghiêng của cốt xiên với đường nằm ngang

- góc nghiêng của cánh hạ với đường nằm ngang;

s - ứng suất kéo trong cốt thép As được xác định từ phương trình:

. .0.75 0.75sin sw sw sw sw s inc s inc

s s

M R A Z R A ZA tg

Z

(5.4)

ở đây: M và Z – momen uốn tính toán và cánh tay đòn của nội ngẫu lực tạitiết diện vuông góc với cạnh chịu nén đi qua điểm cuối tiết diện nghiêng.

- Trường hợp 2 : Dầm có mép chịu nén nằm nghiêng

Lấy h0 = h02 tại tiết diện thẳng góc đi qua điểm cuối của tiết diện nghiêng

.0.75 0.75 sinb sw sw s inc cQ Q q c R A D tg (5.5)

Trong đó: cD tg - hình chiếu trên phương đứng của phần hợp lực trong vùng

nén do cánh tiết diện chịu, đối với tiết diện chữ nhật 0cD tg .

Giá trị của Dc được xác định theo tiết diện thẳng đứng đi qua điểm cuối củatiết diện nghiêng nằm trong vùng nén

'

'

cc

c

b bD D

b

(5.6)

A

Nb-Dc

s sAs

RswAsw2

RswAsw1

Qb

RswAs.inc

Zsw2

Zs.in

c

Z h02



Hình 5.6

Trong đó:

bc’ - bề rộng của cánh chịu nén (chữ T hoặc I)

b - bề rộng của sườn

Giá trị của Dc không được lớn hơn ' 'c c nh b b R với hc

’ là bề rộng của cánh

chữ T.

Giá trị của D được xác định theo momen uốn đi qua điểm cuối của tiết diệnnghiêng nhờ biểu thức

. ..'

0

0.750.75 sin

0.5sw sw sw s inc s inc

sw s incc

M R A Z A ZD R A

h h

(5.7)

Trong đó: Zsw, Zs.inc - khoảng cách từ trọng tâm của vùng nén đến cốt đai và

cốt xiên tương ứng.

- Khi xác định độ võng của dầm có tiết diện thay đổi thường sử dụng phương

pháp tải trọng ảo: độ võng của một dầm tại một tiết diện nào đó chính là

momen tại tiết diện đó của dầm ảo tương ứng do tải trọng ảo M

EJ gây ra. Ở

đây EJ được thay bằng độ cứng B của bê tông cốt thép.

5.2.4 DÀN MÁI

a) Cấu tạo chung

Dàn bê tông cốt thép (BTCT) là kết cấu đỡ mái, luôn có liên kết khớp với cột.

- Thích hợp với nhịp 18–30m. So với dầm mái BTCT nhịp 18m thì dàn nhẹ

hơn.

- Về mặt chế tạo và dựng lắp:dàn phức tạp hơn nhiều so với dầm.

- Thường dàn BTCT có chiều cao lớn do đó làm tăng vật liệu bao che của nhà.

- So với dàn thép, dàn BTCT có độ bền về thời gian cao hơn và có khả năng

chống cháy, chống gỉ cao hơn so với dàn thép, bảo dưỡng cũng đơn giản hơn

dàn thép.



Thường dùng các loại dàn BTCT sau:

- Dàn hình thang có thanh xiên ở gối hướng lên: Chế tạo đơn giản, được dùng

nhiều trong xây dựng công nghiệp và dân dụng.

Hình 5.7Dàn hình thang có thanh xiên ở gối hướng xuống :

Làm việc gần giống dàn trên nhưng nó ổn định hơn (khi lắp ghép và

sử dụng) vì trọng tâm của dàn này nằm thấp hơn gối tựa.

Cốt thép ứng lực trước trong thanh cánh hạ không thẳng do vậy gây

hao tổn ứng suất khá lớn.

Hình 5.8Dàn có thanh cánh thượng gãy khúc :

Loại dàn này có hình dạng hợp lý về mặt chịu tải trọng phân bố đều.

Nội lực tải trọng phân bố gây ra trong các thanh cánh thượng và cácthanh cánh hạ thương đối đều nhau từ gối tựa và giữa nhịp.

Hình 5.9

Nội lực trong các thanh xiên bé, chiều cao đầu dàn nhỏ, nên giảmđược vật liệu bao che quanh nhà.

- Dàn vòng cung: Loại này có đầy đủ ưu điểm của loại dàn có cánh thượ ng

gãy khúc. Tuy nhiên chế tạo loại dàn này phức tạp hơn.



Hình 5.10

- Dàn tam giác: Loại này thích hợp với nhưng lại nhà lợp tôn hoặc phibrô

ximăng. Thực tế xây dựng rất ít gặp loại dàn BTCT này.

Hình 5.11

Để dễ vận chuyển, người ta có thể chia dàn thành các thành các phần nhỏ. Kíchthước của mỗi dàn phụ thuộc vào khả năng vận chuyển và chỉ chia ra khi điều kiệnbắt buộc mà thôi. Việc khuếch đại dàn được thực hiện bằng các chi tiết đặt sẵn,căng cốt thép ứng lực trước hoặc đỗ bê tông bắt dàn tại hiện trườ ng.

Kích thước dàn:

- Chiều cao giữa nhịp dàn: thường lấy bằng 1 1

7 9

nhịp và phụ thuộc vào

cường độ, độ cứng và các yêu cầu về thiết bị kỹ thuật.

- Khoảng cách giữa hai mắt dàn trên cánh thượng thường lấy là 3m. Khoảng

cách giữa hai mắt dàn cách hạ là 6m. Nếu có cầu trục treo thì phải bố trí vào

mắt dàn.

- Chiều rộng thanh cách thượng:Phụ thuộc vào điều kiện ổn định khi làm việc,

khi chuyên chở cẩu lắp.

Phải kiểm tra thanh cánh thượng khi lật từ vị trí nằm ngang lúc chế

tạo lên tư thế thẳng đứ ng.

Chiều rộng cách thượng còn phải phụ thuộc vào chiều sâu gối tựa của

panen mái: panen dài 6m thì đoạn gối tối thiểu là 80mm, panen dài

12m là 100 mm.

Để định hình hóa ván khuôn,lấy chiều rộng cách thượng của dàn có

nhịp có 18–30 m khi bước cột 6 m là 240 mm. Đối với dàn có bước

12 m là 280 mm hoặc 300 mm.



Bảng 5.1 Chiều rộng tối thiểu cánh thượng của dàn đỡ panen má i

Bước dàn (m) Nhịp dàn(m)Chiều rộng tối thiểu thanh cánhthượng (mm)

6612

18 – 243024 - 30

220240280

- Khi chế tạo dàn ở tư thế n ằm ngang:

Lấy chiều rộng của thanh bụng và thanh cánh hạ= chiều rộng của

thanh cánh thượng→ giảm chiều cao của các thanh cánh bụng

ấy→giảm độ cứng của mắt dàn và giảm được momen uốn quanh mắt

dàn khi căng cốt thép và khi dàn chịu tải trọng.

Chiều cao tiết diện thanh cánh hạ: phụ thuộc vào việc bố trí cố thép

chịu kéo ( căng trước và căng sau) và tính toán theo khả năng chống

nứt.

- Đối với những dàn ghép từ các cấu kiện lẻ: thường lấy chiều rộng thanh bụng

nhỏ hơn thanh cách thượng để dễ nối thép của các thanh cánh bụng vào mắt

dàn (cánh thượng rộng 240 mm thì thanh cánh bụng nên lấy là 160, 180

mm).

Bê tông: chế tạo dàn mái có mác 200–500.

Cốt thép:

- Thường dùng nhóm C – II, C – III cho các thanh không có ứng lực trước, nên

chế tạo thành khung thép hàn. Hạn chế dùng cốt thép buộc. Thanh cánh hạ

dùng cốt thép ứng lực trước.

- Tại mắt dàn, uốn thép bao quanh mắt và tại đầu các thanh chịu kéo phải hàn

thêm thép để làm neo.

- Mặt dưới của thanh cánh hạ: không nên hàn các chi tiết để treo vật nặng,

không nên cấu tạo lỗ, nếu cần thiết thì chỉ nên cấu tạo lỗ ở mắt dàn với

đường kính lỗ không vượt quá 50 mm, cốt thép ứng lực trước phải được neo

cẩn thận như các quy định với kết cấu ứng lực trước.



- Cánh thượng của dàn chịu nén đúng tâm hoặc lệch tâm, cốt dọc trong đó ≥

4 10, chiều dày lớp bảo vệ cốt thép đảm bảo yêu cầu tối thiểu nhưng ≤40

mm.

- Thanh xiên chịu nén được cấu tạo như cấu kiện chịu nén đúng tâm.

- Thanh xiên chịu nén ở gối tựa: ≥ 4 10.

- Các thanh xiên chịu nén khác:≥4 8 và chúng liên kết thành khung gian.

- Với những thanh xiên chỉ phải chịu lực nén rất nhỏ : với cốt thép cấu tạo tối

thiểu cũng không sử dụng hết 50% khả năng chịu lực thì có thể dùng khung

phẳng với hai thanh cốt dọc có đường kính ≥ 10 mm.

Neo cốt thép vào mắt dàn:

- Thanh xiên chịu nén: cốt thép phải được kéo vào mắt dàn một đoạn 15d.

- Thanh xiên chịu kéo:cốt thép phải được neo vào mắt dàn một đoạn không bé

hơn quy định của tiêu chuẩn thiết kế về chiều dài neo.

Các thanh xiên chịu kéo được cấu tạo như cấu kiện chịu kéo đúng tâm. Đối với những thanh xiên chịu kéo lớn thì nên kéo cốt thép vào sâu trong

cánh thượng hoặc cánh hạ mà không kể đến nhưng yêu cầu chiều dài neođã nói ở trên.

Khoảng cách giữa các cốt thép đai hoặc thanh ngang trong thanh xiênchịu kéo 30d.

Mắt dàn không nên cấu tạo quá lớn, kích thước mắt dàn do chiều dài neo của cácthanh quy tụ mắt quyết định. Các góc của dàn nên là góc vuông hoặc tù có thể vuốt lượ n tròn.

Ngoài cốt dọc bao quanh chu vi mắt dàn còn phải có cốt đai. Trạng thái ứng suất – biến dạng mắt dàn rất phức tạp, do vậy việc tính

toán cốt thép bao quanh mắt dàn và cốt đai chỉ là qui ước và có thể chomắt dàn chịu từ 50–80% nội lực tính toán của thanh bụng.

b) Tính toán dàn

Tính toán cường độ của dàn theo các giai đoạn:chế tạo,vận chuyển, cẩu lắp và sửdụng.

Tải trọng truyền từ mái xuống và trọng lượng bản thân dàn : được coi như đặt vàomắt cánh thượng.

Tải trọng do cầu trục treo đặt vào mắt cánh hạ.



Nếu tải trọng tác động trên thanh cánh thượng không nằm vào mắt dàn thì phảixét tới sự xuất hiện mômen cục bộ bằng cách coi cánh thượng như một dầm liêntục có nhịp bằng khoảng cách mắt dàn. Nếu số nhịp > 5 thì tính toán như dầm 5nhịp. Đối với dàn vòng cung phải kể đến ảnh hưởng của độ lệch của lực dọc làmgiảm mômen cục bộ.

Coi mắt dàn là khớp.

Đối với dàn BTCT ứng lực trước trong giai đoạn chế tạo:

Khi căng cốt thép ứng lực trước ở cánh hạ, do ảnh hưởng của độ cứng của mắtdàn trong thanh xuất hiện những nội lực ban đầu (chủ yếu là mômen uốn).

Những nội lực này phải được xét đến khi tính toán và cấu tạo thanh dàn.

Khi tính toán tiết diện BTCT:

Thanh cánh thượng và các thanh xiên chịu nén được tính như cấu kiện chịu nénlệch tâm.

Thanh cánh hạ và thanh xiên chịu kéo tính như cấu kiện chịu kéo đúng tâm.

Chiều dài tính toán các thanh dàn:

Khi kể đến uốn dọc trong mặt phẳng dàn:

Đối với thanh cánh thượng và thanh xiên kề với gối tựa: chiều dài tínhtoán lấy bằng khoảng cách giữa hai tâm mắt dàn.

Đối với các thanh bụng khác: chiều dài tính toán lấy bằng 0.8 khoảngcách giữa hai tâm mắt dàn.

Khi uốn dọc ngoài mặt phẳng dàn: chiều dài tính toán của cánh thượng lấy bằngkhoảng cách giữa các giằng cánh thượng.

5.2.5 KẾT CẤU ĐỠ KÈO

a) Cấu tạo

Khi những hàng cột trong của nhà công nghiệp do yêu cầu công nghệ cần cáckhoảng không gian lớn phải dùng các bước cột 12 hoặc 18 m, trong khi đó cáchàng cột biên và bước dầm mái (dàn mái) vẫn giữ là 6 m thì phải sử dụng kết cấu đỡkèo.

Kết cấu đỡ kèo có thể là dầm hoặc dà n.

Các loại dầm đỡ kèo:

Dầm đỡ kèo có dạng hình tam giác:



Cánh thượng thẳng, tiết diện chữ I

Ưu điểm:

Vùng chịu nén lớn, vùng chịu kéo bố trí thép dễ dàng;

Dầm mái và dàn gối trực tiếp lên cánh thượng nên kết cấu gối tựa đơngiản và thuận tiện.

Dầm đỡ kèo có hai cánh song song:

Dầm mái được đỡ trên trụ nhỏ của cánh hạ; Tiết diện của dầm là chữ I nhưng cánh nén không lớn →dầm không khỏe.

Dầm đỡ kèo tam giác thuận: So với hai loại trên có phần nhẹ hơn,gối tựa củadầm mái hoặc dàn mái cũng tựa lên trụ nhỏ ở giữa dầm đỡ kèo.

Chiều cao dầm đỡ kèo ở gối tựa và ở nhịp : phụ thuộc vào sơ đồ kết cấu mái và

tương quan giữa kết cấu của khung nhà.

Chiều cao đầu dàn 500 mm.

Chiều cao dầm có cánh song song:≥1500 mm đối với bước cột 12 m.

Chiều rộng dầm đỡ kèo: phụ thuộc vào điều kiện tựa của dầm mái, dàn mái, khe hởtiêu chuẩn, sai số khi chế tạo, lắp ghép. Đối với dầm tam giác cánh thượng thẳng:

Chiều rộng cánh thượng và cánh hạ lấy ≥500 mm; Chiều rộng bụng dầm ≥200 mm; Chiều rộng cho một gối tựa của dầm mái là 250 mm.

Dàn đỡ kèo:

Ngoài dầm đỡ kèo người ta còn dùng dàn đỡ kèo với nhịp là 12 m hoặc lớn hơn. Dàn đỡ kèo có thể là: dàn cánh song song, dàn hình thang và các loại dàn đỡ kèo

dạng tam giác.

b) Đặc điểm tính toán

Dầm đỡ kèo được tính như một dầm đơn giản :

Tải trọng tập trung truyền từ kết cấu mái vào được xét trong hai trường hợp: đặttải trọng một phía và đặt tải trọng hai phía.

Gối tựa của kết cấu mái phải được kiểm tra chịu nén cục bộ.

Cốt đai của dầm đỡ kèo có cánh hạ xiên xuống dư ới được tính toán như điều kiệncường độ của dầm có hai mái dốc theo tiết diện nghiêng.

Dàn đỡ kèo được tính toán như dàn tĩnh định có xét tới sự đặt tải một phía và haiphía.



Khi tải trọng truyền từ dàn mái vào chỉ đặt ở một phía, ảnh hưởng của độ cứngcủa mắt đến dàn đỡ là rõ rệt hơn dàn mái→làm cho khe nứt xuất hiện sớm hơn.

Khi kiểm tra sự xuất hiện khe nứt nên dùng nội lực được xác định có kể tới ảnhhưởng độ cứng của mắt dàn đỡ kèo.

5.2.6 VÒM MÁI

a) Cấu tạo

Vòm BTCT được dùng làm kết cấu chịu lực của mái nhà có nhịp > 18 m. Đối vớimái có nhịp lớn trên 36 m thì vòm tỏ ra kinh tế hơn dàn.

Vòm BTCT có thể là vòm ba khớp, vòm hai khớp và vòm không khớp.

Vòm ba khớp: thường được lắp ghép từ hai nửa vòm: hai khớp ở chân và mộtkhớp ở đỉnh.

Vòm hai khớp: hay gặp trong thực tế là loại vòm có thanh căng. Vòm không khớp:

Thường được thi công liền khối, tựa trực tiếp trên móng, lực xô ngangđược truyền trực tiếp xuống móng.

Có trường hợp người ta tận dụng các kết cấu hai bên để chịu lực xôngang của vòm.

Hình 5.12

Vòm hai khớp có thanh căng:

Độ vồng của vòm (mũi tên vòm):

1 1

5 8f l

(5.8)

Trong đó: l – nhịp vòm.

Trục hợp lý của vòm khi chịu tải trọng phân bố đều là một đường parabol:

2

4 f l xy

l

Trong đó: x – khoảng cách từ gối tựa đến tiết diện tính toán.



Hình 5.13

Để định hình hóa kết cấu vòm và đơn giản cho cấu tạo, đối với vòm thoải ( 1

5f l )

ta có thể lấy trục vòm là đường tròn.

Tiết diện vòm có thể là chữ nhật hoặc chữ I, chiều cao tiết diện vòm có thể lấybằng:

1 1

30 40h l

Trong đó: l – nhịp vòm.

Để thanh căng không bị võng, người ta bố trí các thanh treo cách nhau 4 – 6 m.

Bảng 5.2 Tiết diện thân vòm và số thanh treo trong vòm

Nhip vòm, m 12 15 18 21 24 27 30

Chiều cao h, m 40 - 45 45 - 50 50 - 60 60 - 70 70 - 75 75 - 80 80 - 85Chiều rộng b, m 20 20 - 25 25 25 - 30 25 - 30 30 - 35 30 - 35Số lượnng thanhtreo

2 3 4 5

Thân vòm cấu tạo như cấu kiện chịu nén lệch tâm hoặc chịu kéo lệch tâm.

Thanh căng bằng thép hoặc bằng BTCT. Có thể dùng thép hình, thép trònlàm thanh căng. Neo thanh căng vào gối tựa phải đảm bảo chắc chắn như hàn với thép đặt

sẵn ở gối hoặc neo bằng bulông. Nếu vòm nhịp lớn nên dùng thanh căng có ứng lực trước, lực căng trước

có thể lấy bằng lực xô ngang do tải trọng tĩnh gây ra.



Hình 5.14

b) Tính toán

Tải trọng:

Tải trọng mái, hoạt tải đặt ở nửa vòm, hoạt tải đặt ở cả vòm, tải trọng cầu trụctreo…

Nếu vòm có nhịp lớn phải tính sự co ngót và từ biến của bê tông.

Tiết diện của thanh căng được sơ bộ xác định theo lực xô ngang:

2

0.98

qlH

f

(5.9)

Đối với vòm thoải, lực xô ngang H có kể tới sự giản dài của thanh căng được xácđịnh như sau:

Khi tải trọng phân bố đều trên toàn vòm:2

8

qlH k

f

(5.10)

Khi tải trọng phân bố đều trên một phần vòm :

2

2 4 55 5 216

qlH k c c c

f

(5.11)

Khi tải trọng tập trung:

3 4 52

8

PlH k c c c

f

(5.12)

Trong đó: ac

l

ở đây: a– đoạnchất tải trọng;

2

1

151 1

8 s

kr A

f nA

(5.13)

ở đây: r–bán kính quán tính của tiết diện thân vòm;

A–diện tích tiết diện thân vòm;

As– diện tích tiết diện thanh căng bằng thép



s

b

En

E

Hình 5.15

Nếu thanh căng có ứng lực trước, độ giãn của nó khi vòm chịu tải trọng sẽ giảm đi,khi đó lực xô ngang H tăng lên và mômen uốn trong vòm sẽ giảm xu ống.

Nội lực trong vòm được xác định như sau:

0xM M Hy (5.14)0 cos sinxQ Q H (5.15)

0 sin cosxN Q H (5.16)Trong đó:

– góc giữa đường tiếp tuyến với trục vòm và đường n ằm ngang tai tiếpdiện x đang xét;

M0, Q0- mômen uốn và lực cắt trong dầm đơn giản có nhịp bằng nhịp vòm.

Ở gian đoạn chế tạo, lắp ghép, trong vòm với thanh căng ứng suất trước sẽ xuấthiện nội lực do nén trước thanh căng. Đây là hệ kết cấu siêu tĩnh bậc một. Nếu gọi Z là chuyện vị của gối tựa (sự dịch lại nhau) khi bị ép trước thì:

1 0

11 11

pr NZ

r r

(5.17)

Trong đó:

11 2

0.5 15

18b qd b

E F E Jr

l f l

(5.18)1 0pr N

Aqd- diện tích quy đổi tương đương của thân vòm ;' 0.5b bE E - lấy cho thanh căng;'b bE E - lấy cho thân vòm.

Nội lực thanh căng:



0

2

0.5

151

4

b qd

qd

E A NN Z

Jlf A

(5.19)

Lực nén lớn nhất trong vòm:

022

15

481

15

b

qd

E J NN H Z

f Af l

J

(5.20)

Mômen lớn nhất thân vòm:

024

115

qd

N fM Hf

f A

J

(5.21)

Cốt thép trong thân vòm được cấu tạo như điều kiện chịu nén (hoặc chịu kéo)lệch tâm.

Chiều dài tính toán của thân vòm:

Vòm ba khớp: = 0.58 S

Vòm hai khớp: = 0.54 S

Vòm không khớp: = 0.36 S

Ở đây S là chiều dài trục vòm.

Thanh căng được tính toán như cấu kiên chịu kéo đúng tâm.



5.2.7 VÍ DỤ TÍNH TOÁN

Phân tích nội lực một dàn mái BTCT nhịp 12m, bước dàn 6m:

3000 3000 3000 3000

12000600

Hình 5.16

Tĩnh tải mái

STT Các lớp máiTải trọngtiêu chuẩn

kG/m2

Hệ sốvượt tải

Tải trọngtính toánkG/m2

1Hai lớp gạch lá nem,dày 5cm, γ = 1800 kG/m3 90.0 1.3 117.0

2Lớp bê tông nhẹ cách nhiệt,dày 12cm, γ = 1200kG/m3 144.0 1.3 187.2

3Lớp bê tông chống thấm,dày 4cm, γ = 2500kG/m3 100.0 1.1 110.0

4Panen 6 x 1.5m, trọng lượng1 tấm kể cả bê tông chèn 1.7t

189.0 1.1 207.9

5Dàn mái nhịp 12m, trọng lượng3.6t

0.3 1.1 0.33



6 Tổng cộng 523.3 622.43

Tĩnh tải mái quy về lực tập trung đặt tại các mắt cánh trên của dàn:

Nút biên:

1 0.622 6 1.5 5.60G T

Nút giữa:

2 12 11.20G G T

Hoạt tải mái:

Nút biên:

1 0.075 6 1.5 0.675P T

Nút giữa:

2 12 1.35P P T

Các trường hợp tải:

(1) TT: Tĩnh tải

(2) HT1: Hoạt tải trên nửa dàn trái



(3) HT2: Hoạt tải trên nửa dàn phải

Các tổ hợp:

TH1: TT + HT1

TH2: TT + HT2

TH3: TT + HT1 + HT2

BAO: max, min của (TH1, TH2, TH3)

Biểu đồ bao lực dọc N (T):



Dựa vào kết quả nội lực tính toán trên biểu đồ bao:

Các thanh cánh thượng tính toán theo cấu kiện BTCT chịu nén đúng tâm, nếuchênh lệch nội lực giữa các phần tử D9, D22, D23, D24 không đáng kể (N ≤10%) thì lấy thanh có lực dọc lớn nhất để tính thép.

Đối với các thanh cánh hạ chịu kéo đúng tâm: tính toán cốt thép chịu toàn bộ lựckéo, bỏ qua sự làm việc của bê tông.

chƯƠng 5. kẾt cẤu mÁi bÊ tÔng cỐt...

Documents