Công trình thép gỗ - Chương III: Sàn liên hợp

CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP1CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP2CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP3CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP4CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢPSàn liên hợp thép bêtông được tạo bởi tấm tôn hình dập nguội và bản sàn bêtông cốt thép (bình thường hay ứng suất trước). Sàn liên hợp được kiểm tra theo hai trạng thái giới hạn: TTGH1:Trạng thái phá hỏng (trạng thái giới hạn về cường độ - ULS) TTGH2: Trạng thái giới hạn khi sử dụng (SLS). 5CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢPTTGH1: Trạng thái phá hỏng (trạng thái giới hạn về cường độ - ULS):Khi khảo sát theo trạng thái giới hạn về phá hoại cho một tiết diện ngang của một cấu kiện hay một liên kết yêu cầu: Sd  Rd Trong đó: Sd - giá trị tính toán của các tác động. Khi xác định Sd phải kể đến các tổ hợp tải trọng nguy hiểm khi sử dụng cũng như khi thi công, dựng lắp. Rd - sức bền tính toán tuơng ứng của tiết diện kiểm tra.6CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢPTTGH1: Trạng thái phá hỏng (trạng thái giới hạn về cường độ - ULS): Sd  Rd Rd phụ thuộc vào cường độ đặc trưng của các loại vật liệu trên tiết diện: Rd = Rd (fck/c , fys/s , fyp/ap ) Các ký hiệu như sau: - fck : cường độ chịu nén của bêtông; - c : hệ số an toàn vật liệu của bê tông, c = 1,50; - fys: giới hạn chảy của vật liệu cốt thép thanh; - s : hệ số an toàn vật liệu của cốt thép thanh, s = 1,15; - fyp : giới hạn chảy của vật liệu làm tôn sàn; - ap : hệ số an toàn vật liệu của tôn sàn, ap = 1,10;7CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢPTTGH2: Trạng thái giới hạn khi sử dụng (SLS):Tính toán theo trạng thái giới hạn sử dụng của sàn liên hợp gồm: + Kiểm tra về độ võng; + Kiểm tra sự nứt của bê tôngGiá trị của độ võng giới hạn của sàn liên hợp cũng lấy theo bảng 4.5; mục 3.1b; mục 3.2b trang 50, 51 KCLH.8CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢPVai trò của tấm tôn:Là sàn công tác khi thi côngLà ván khuôn khi đổ bê tông sànLà cốt thép lớp dưới của sàn khi chịu lực9Cèt thÐpDÇm phôDÇm phôPhÇn sµn bª t«ng chÞu nÐnCHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢPSàn liên hợp được kiểm tra theo hai trạng thái tính toán sau: Trạng thái tính toán 1: Tấm tôn thép sử dụng như cốp pha khi thi công sàn, chịu các tải trọng phát sinh trong quá trình thi công sàn bê tông cốt thép; Trạng thái tính toán 2: Sán làm việc liên hợp, tấm tôn thép đóng vai trò như lớp thép dưới của sàn liên hợp; 10CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP§1. Sự làm việc của sàn liên hợp1. Yêu cầu về cấu tạoChiều dày sàn h = 100 - 400 mm (phải > 80mm), chiều dày tấm tôn 0.75 - 1.5 mm, chiều cao tấm tôn hp = 40 - 80mm.Chiều dày phần bê tông trên sườn tôn hc > 40mmTrong trường hợp cấu tạo sàn tuyệt đối cứng: h > 90mm; hc > 50mm11CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP§1. Sự làm việc của sàn liên hợp1. Yêu cầu về cấu tạoSàn vượt nhịp 2 – 4m (không có thanh chống tạm khi đổ bê tông), 7m (khi có thanh chống tạm)12CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP§1. Sự làm việc của sàn liên hợp1. Yêu cầu về cấu tạoGối tựa có bề rộng tối thiểu 75mm (với kết cấu thép, bê tông) hoặc 100mm (với kết cấu gạch, đá)13CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP§1. Sự làm việc của sàn liên hợp1. Yêu cầu về cấu tạoGiới hạn đàn hồi của tôn 220 - 350N/mm2Kích thước của cốt liệu trong bê tông nhỏ hơn (0.4hc, bo/3, 31.5mm) 14CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP§1. Sự làm việc của sàn liên hợp2. Sự làm việc của sàn liên hợp15CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP§1. Sự làm việc của sàn liên hợp2. Sự làm việc của sàn liên hợp2.1. Các dạng liên kết:Liên kết hoàn toàn: biến dạng dọc giữa tấm tôn và bê tông bằng nhauLiên kết không hoàn toàn: tồn tại sự trượt tương đối giữa tấm tôn và bê tông dọc theo bề mặt tiếp xúc. Theo độ lớn của sự trượt người ta chia thành hai dạng trượt ở bề mặt tiếp xúc thép – bêtông: - Trượt cục bộ rất nhỏ, không nhìn thấy bằng mắt thường nhưng làm phân bố lại nội lực liên kết; - Trượt tổng thể lớn, có thể đo và nhìn thấy được;16CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP§1. Sự làm việc của sàn liên hợp2. Sự làm việc của sàn liên hợpLiên kết cơ học bằng cách tạo biến dạng trước cho tấm tônSử dụng tấm tôn có sườn đóng để tăng ma sátLàm biến dạng ở đầu sườn tấm tôn17CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP§1. Sự làm việc của sàn liên hợp2. Sự làm việc của sàn liên hợpNeo ở đầu sàn bằng chốt liên kết giữa bê tông và tôn18CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP§1. Sự làm việc của sàn liên hợp2. Sự làm việc của sàn liên hợpNeo ở đầu sàn bằng chốt liên kết giữa bê tông và tôn19CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP§1. Sự làm việc của sàn liên hợp2. Sự làm việc của sàn liên hợpNeo ở đầu sàn bằng chốt liên kết giữa bê tông và tôn20CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP§1. Sự làm việc của sàn liên hợp2. Sự làm việc của sàn liên hợp2.2. Các dạng tương tácTương tác hoàn toàn: sự trượt tổng thể bằng 0, sự truyền lực cắt dọc hoàn toàn và tải trọng cực hạn Pu là lớn nhất. Hiệu ứng liên hợp là hoàn toàn. Sự phá hoại có thể là giòn, nếu xảy ra đột ngột hoặc là dẻo nếu xảy ra từ từ; 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. Tải trọng cực hạn Pu là nhỏ nhất;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. Tải trọng cực hạn Pu có giá trị trung gian;21CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP§1. Sự làm việc của sàn liên hợp222. Sự làm việc của sàn liên hợp2.2. Các dạng tương tácCHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP§1. Sự làm việc của sàn liên hợp232. Sự làm việc của sàn liên hợp2.2. Các dạng tương tácCHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP§1. Sự làm việc của sàn liên hợp3. Các dạng phá hoại3.1. Dựa trên tiết diện phá hoại24CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP§1. Sự làm việc của sàn liên hợp3. Các dạng phá hoại3.1. Dựa trên tiết diện phá hoạiDạng phá hoại I: Phá hoại theo tiết diện I ở giữa nhịp do mômenDạng phá hoại II: 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, Ls = khoảng cách từ vị trí đặt tải đến gối tựa gần nhất khi sàn chịu tải tập trungDạng phá hoại III: Phá hoại theo tiết diện III ở gối tựa do lực cắt25CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP§1. Sự làm việc của sàn liên hợp3. Các dạng phá hoại3.2. Dựa trên tính chất của sự phá hoạiPhá hoại giòn: xảy ra đột ngột, có biến dạng béPhá hoại dẻo: xảy ra từ từ kèm theo biến dạng lớn26CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP§2. Tính toán sàn liên hợp1. Trạng thái tính toán1.1. Trong giai đoạn thi công (tôn sử dụng như ván khuôn)1.1.a . Tải trọngTrọng lượng bản thân bê tông và tôn thépTải trọng thi công bao gồm trọng lượng công nhân và trọng lượng thiết bị đổ bêtông có kể đến sự va chạm hoặc rung động trong quá trình thi côngTải trọng do chất vật liệu làm kho tạm thờiHiệu ứng tăng chiều dày bê tông để bù lại độ võng của tôn27CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP§2. Tính toán sàn liên hợp1. Trạng thái tính toán1.1. Trong giai đoạn thi công (tôn sử dụng như ván khuôn)1.1.a. Tải trọngEurocode 4 đưa ra tải trọng 1,5kN/m2 trong phạm vi diện tích bất kỳ 3mx3m (hoặc là cả nhịp nếu nhịp nhỏ hơn 3m) để kể đến tác động của tải trọng thi công và trọng lượng dư ra của bê tông. Phần diện tích còn lại chịu tác động của tải trọng có giá trị là 0,75kN/m2. Các tải trọng này được bố trí sao cho xuất hiện mômen và lực cắt lớn nhất28CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP§2. Tính toán sàn liên hợp1. Trạng thái tính toán1.1. Trong giai đoạn thi công (tôn sử dụng như ván khuôn)1.1.a Tải trọng29CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP§2. Tính toán sàn liên hợp1. Trạng thái tính toán1.1. Trong giai đoạn thi công (tôn sử dụng như ván khuôn)1.1.b. Độ võngĐộ võng  của tôn do trọng lượng bản thân tôn và trọng lượng vữa bêtông thỏa mãn điều kiện   (L/180, 20mm)Nếu độ võng  ở giữa nhịp   (L/250, 20mm) thì cần xét đến hiệu ứng tăng bề dày bê tông trong tính toán (giả thiết chiều dày phần bêtông tăng thêm 0.7 trên toàn bộ nhịp sàn)Độ võng sẽ giảm đi nhiều nếu sử dụng các thanh chống tạm thời, khi đó coi các thanh chống tạm như các gối tựa trung gian.30CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP§2. Tính toán sàn liên hợp1. Trạng thái tính toán1.2. Trong giai đoạn sử dụng (Sàn làm việc liên hợp)1.2.a. Tải trọng tác dụngTải trọng bản thân kết cấu và các lớp vật liệu hoàn thiệnHoạt tải sử dụngPhản lực thay đổi do dỡ bỏ các thanh chống (nếu có)Do tác động của từ biến, co ngót, chuyển vị gối tựaDo tác động của nhiệt độ31CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP§2. Tính toán sàn liên hợp1. Trạng thái tính toán1.2. Trong giai đoạn sử dụng (Sàn làm việc liên hợp)1.2.b. Độ võngĐộ võng khi chịu đồng thời tất cả các tải trọng  L/250Độ võng khi chịu hoạt tải sử dụng và các biến dạng theo thời gian  L/300Độ võng khi chịu hoạt tải sử dụng và các biến dạng theo thời gian  L/350 trong trường hợp công trình có các cấu kiện xây dựng dẽ nứt, vỡ (gạch lát, vách ngăn,)32CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP§2. Tính toán sàn liên hợp1. Trạng thái tính toán1.2. Trong giai đoạn sử dụng (Sàn làm việc liên hợp)1.2.c. Độ trượt ở đầu nhịpVới nhịp biên, độ trượt có thể có ảnh hưởng tương đối lớn đến độ võng. Khi sàn liên hợp không làm việc dẻo, sự trượt và sự phá hoại có thể trùng nhau, điều đó dẫn đến phải xem độ trượt như một trạng thái giới hạn về cường độ;Theo Eurocode 4 thì không cần kể đến sự trượt ở đầu nhịp khi giá trị của nó nhỏ hơn 5mm.Có thể loại trừ độ trượt ở đầu nhịp bằng cách sử dụng neo (chốt, thép góc cán nguội...).33CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP§2. Tính toán sàn liên hợp1. Trạng thái tính toán1.2. Trong giai đoạn sử dụng (Sàn làm việc liên hợp)1.2.d. Vết nứt của bêtôngBề rộng vết nứt của bê tông trong vùng mômen âm của sàn liên tục có thể được kiểm tra theo Eurocode 2. Khi sàn liên tục tính toán như sàn có nhịp đơn giản, diện tích của cốt thép chống nứt không được nhỏ hơn 0,2% diện tích tiết diện ngang của phần bê tông nằm trên sườn trong trường hợp thi công không sử dụng thanh chống và là 0,4% trong trường hợp thi công có sử dụng thanh chống.34CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP§2. Tính toán sàn liên hợp2. Xác định nội lực2.1. Trong giai đoạn thi côngKết 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 nén2.2. Trong giai đoạn sử dụng: có 2 phương phápKết 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%)Kết cấu làm việc dẻo: cho phép xuất hiện khớp dẻo35CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP§2. Tính toán sàn liên hợp2. Xác định nội lựcCách tính toán sàn theo phương pháp đàn hồi tuyến tính36CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP§2. Tính toán sàn liên hợp2. Xác định nội lựcCách tính toán sàn theo phương pháp đàn hồi tuyến tínhNếu là mômen giảm yếu thì P tương ứng với tổng tải trọng trên nhịp bên trái , bằng p.L37CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP§2. Tính toán sàn liên hợp2. Xác định nội lựcCách tính toán sàn theo phương pháp đàn hồi tuyến tínhKhoảng cách x và giá trị mới của mômen lớn nhất trên nhịp tương ứng là: Eurocode 4 cũng cho phép tính toán một sàn liên tục giống như một chuỗi các nhịp tựa tự do trên các gối. Tuy nhiên phải dự kiến cốt cấu tạo trên các gối tựa trung gian để đảm bảo sự làm việc hợp lý trong quá trình sử dụng.38CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP§2. Tính toán sàn liên hợp2. Xác định nội lựcChiều rộng hữu ích của sàn với các tải trọng tập trung và tuyến tínhKhi tải trọng phân bố đều (thường gặp), chiều rộng hữu ích là chiều rộng của sàn;Khi tải trọng tập trung , chúng có thể được coi là phân bố trên một chiều rộng bm được tính đến mép trên sóng tôn như hình 3.10, và xác định như sau:39CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP§2. Tính toán sàn liên hợp2. Xác định nội lựcChiều rộng hữu ích bem của sàn khi chịu tải tập trung dùng cho phân tích tổng thể và cho độ bền xác định như sau:a) Cho cắt dọc và uốn:Với các nhịp đơn giản và các nhịp ngoài của sàn liên tục : chiều rộng của sàn Với các nhịp bên trong sàn liên tục: chiều rộng của sàn b) Cho cắt ngang: chiều rộng của sàn LP là khoảng cách từ tâm của tải trọng đến gối tựa gần nhất L là nhịp.40CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP§2. Tính toán sàn liên hợp3. Kiểm tra tiết diện3.1. Trong giai đoạn thi côngTrạng thái giới hạn về cường độ: Mômen tính toán giới hạn của tôn :Trạng thái giới hạn về sử dụng: Độ võng của tôn khi chịu tải trọng phân bố đều chất cách nhịp: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 ap 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 41CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP§2. Tính toán sàn liên hợp3. Kiểm tra tiết diện3.1. Trong giai đoạn thi côngTiết 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 quảVớiĐộ mảnh dưới tác dụng của comĐộ mảnh cho phépToàn bộ thành mỏng là hiệu quả nếu42nếuCHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP§2. Tính toán sàn liên hợp3. Kiểm tra tiết diện3.1. Trong giai đoạn thi côngTiết diện hiệu quả:- Tiết diện tính theo bề dày thực của tôn (đã trừ đi bề dày mạ kẽm, 0.04mm)- Tiết diện thực của các sườn cứng ngangĐiều kiện sườn cứng đảm bảo độ cứngVới As là diện tích hiệu quả của sườn (bao gồm tiết diện sườn và hai nửa tiết diện hiệu quả của hai tấm liền kề)Nếu điều kiện trên không đảm bảo cần phải tính cả hai thành mỏng hai bên sườn43CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP§2. Tính toán sàn liên hợp3. Kiểm tra tiết diện3.2. Trong giai đoạn sử dụngKiểm tra theo dạng phá hoại I (khi chịu mômen dương, trục trung hòa nằm trên sườn tôn)44CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP§2. Tính toán sàn liên hợp3. Kiểm tra tiết diện3.2. Trong giai đoạn sử dụngKiểm tra theo dạng phá hoại I (khi chịu mômen dương, trục trung hòa nằm trên sườn tôn)45CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP§2. Tính toán sàn liên hợp3. Kiểm tra tiết diện3.2. Trong giai đoạn sử dụngKiểm tra theo dạng phá hoại I (khi chịu mômen dương, trục trung hòa nằm trong sườn tôn)46CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP§2. Tính toán sàn liên hợp3. Kiểm tra tiết diện3.2. Trong giai đoạn sử dụngKiểm tra theo dạng phá hoại I (khi chịu mômen dương, trục trung hòa nằm trong sườn tôn)47CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP§2. Tính toán sàn liên hợp3. Kiểm tra tiết diện3.2. Trong giai đoạn sử dụngKiểm tra theo dạng phá hoại I (khi chịu mômen âm)48CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP§2. Tính toán sàn liên hợp3. Kiểm tra tiết diện3.2. Trong giai đoạn sử dụngKiểm tra theo dạng phá hoại II: Phương pháp m-k sử dụng lực cắt ngang để tính khả năng chịu lực cắt dọc49CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP§2. Tính toán sàn liên hợp3. Kiểm tra tiết diện3.2. Trong giai đoạn sử dụngKiểm tra theo dạng phá hoại IIGiá trị m và k phụ thuộc vào loại sóng tôn, được tra theo catalog của tônVL.R : khả năng chịu cắt dọc giới hạn xác định qua lực cắt ngang;Ls : chiều dài cắt;dp : chiều cao trung bình của sàn;b : bề rộng của sàn;50trong đóCHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP§2. Tính toán sàn liên hợp3. Kiểm tra tiết diện3.2. Trong giai đoạn sử dụngKiểm tra theo dạng phá hoại IIIKhả năng chịu cắt ngang Vv.Rd của sàn có bề rộng bằng khoảng cách giữa trục của hai sườn kề nhautrong đó: bo bề rộng trung bình của sườn bê tông (bề rộng nhỏ nhất đối với tôn có sườn đóng)  = Ap/(bodp) < 0.02 Ap tiết diện của phần tôn thép chịu kéo nằm trong bề rộng bo; dp : chiều cao trung bình của sàn; kv = (1.6-dp)  1; dp tính bằng m Rd = 0.25fctk/c ; 51CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP§2. Tính toán sàn liên hợp3. Kiểm tra tiết diện3.2. Trong giai đoạn sử dụngTổng hợp các dạng phá hoại của sàn liên hợp52CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP§2. Tính toán sàn liên hợp3. Kiểm tra tiết diện3.2. Trong giai đoạn sử dụngKiểm tra khả năng chịu chọc thủng của sàn53CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP§2. Tính toán sàn liên hợp3. Kiểm tra tiết diện3.2. Trong giai đoạn sử dụngTính toán mômen quán tính, bê tông bị nứt và không bị nứt trong vùng mômen dương54CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP§2. Tính toán sàn liên hợp3. Kiểm tra tiết diện3.2. Trong giai đoạn sử dụngKiểm tra độ võng: sử dụng mômen quán tính trung bình của tiết diện có phần bê tông bị nứt (Icc) và tiết diện có phần bê tông không bị nứt (Icu) xc - là vị trí của trục trung hòa tính từ mặt trên của sàn, tính theo công thức:55CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP§2. Tính toán sàn liên hợp3. Kiểm tra tiết diện3.2. Trong giai đoạn sử dụngKiểm tra độ võng: sử dụng mômen quán tính trung bình của tiết diện có phần bê tông bị nứt (Icc) và tiết diện có phần bê tông không bị nứt (Icu) Hệ số quy đổi vật liệu tương đương56CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP§3. Hệ dầm sàn liên hợp trong công trình nhà57CHƯƠNG III. SÀN LIÊN HỢP§3. Hệ dầm sàn liên hợp trong công trình nhà58