Kết cấu liên hợp thép - Bê tông dùng trong nhà cao tầng

1KÕt cÊu liªn hîp thÐp - bª t«ngdïng trong nhµ cao tÇngHà Nội, 2012 Giảng viên: Ths. Hàn Ngọc ĐứcNỘI DUNG CƠ BẢNChương I: Tổng quan về kết cấu liên hợp Thép - Bê tôngChương II: Vật liệu sử dụng cho kết cấu liên hợpChương III: Sàn liên hợpChương IV: Dầm liên hợpChương V: Cột liên hợpChương VI: Ứng dụng kết cấu liên hợp trong nhà cao tầng2CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP - BÊ TÔNG1. Giới thiệu về kết cấu liên hợp3CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP - BÊ TÔNG1. Giới thiệu về kết cấu liên hợp4CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP - BÊ TÔNG1. Giới thiệu về kết cấu liên hợp5CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP - BÊ TÔNG41. Giới thiệu về kết cấu liên hợpCHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP - BÊ TÔNG1. Giới thiệu về kết cấu liên hợpHệ thống tiêu chuẩn kết cấu liên hợp - Tiêu chuẩn Mỹ AASHTO - Tiêu chuẩn Đức DIN - Tiêu chuẩn Anh BIST - Tiêu chuẩn Châu Âu EC45CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP - BÊ TÔNG1. Giới thiệu về kết cấu liên hợpTiêu chuẩn Châu Âu EC4 gồm có 9 tập theo số thứ tự như sau: - Eurocode 1: Cơ sở tính toán và các tác động lên công trình; - Eurocode 2: Kết cấu bê tông cốt thép; - Eurocode 3: Kết cấu thép; - Eurocode 4: Kết cấu liên hợp Thép – Bê tông; - Eurocode 5: Kết cấu Gỗ; - Eurocode 6: Kết cấu gạch đá; - Eurocode 7: Tính toán địa chất công trình; - Eurocode 8: Tính toán kết cấu công trình chịu động đất; - Eurocode 9: Tính toán kết cấu bằng hợp kim nhôm;5CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP - BÊ TÔNG2. Ưu điểm của kết cấu liên hợpTăng khả năng chịu lực của vật liệu (do thép chịu lực là chính) làm giảm kích thước của các cấu kiện, kết cấu thanh mảnh hơn so với kết cấu bêtông cốt thép thông thường, làm tăng không gian sử dụng và hiệu quả kiến trúc tăng;Tăng khả năng chống ăn mòn của thép;Tăng khả năng chịu lửa;Tăng độ cứng của kết cấu;Phù hợp khi chịu tải trọng động đất;Có thể tạo kết cấu ứng lực trước, tăng hiệu quả sử dụng vật liệu;Có thể áp dụng phương pháp thi công hiện đại (ván khuôn trượt, lắp ghép..), tăng tốc độ thi công;Đạt hiệu quả kinh tế cao;9CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP - BÊ TÔNG2. Ưu điểm của kết cấu liên hợp10CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP - BÊ TÔNG2. Ưu điểm của kết cấu liên hợp11CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP - BÊ TÔNG3. Nhược điểm của kết cấu liên hợpCác ưu điểm kể trên chỉ phát huy với công trình cao tầng, chưa phù hợp với công trình có quy mô nhỏTrong điều kiện Việt Nam, đây là loại hình kết cấu mới nên sẽ gặp nhiều khó khăn trong giai đoạn ứng dụng ban đầu12CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP - BÊ TÔNG13CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP - BÊ TÔNG14CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP - BÊ TÔNG15CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP - BÊ TÔNG16CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP - BÊ TÔNG17CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP - BÊ TÔNG18CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP - BÊ TÔNG1920CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP - BÊ TÔNGCHƯƠNG II. VẬT LIỆU SỬ DỤNG CHO KẾT CẤU LIÊN HỢP1. Bê tông1.1. Theo TCXD 356:2005 (mẫu thử lập phương)Giá trị cường độ trung bình Rm = (Ri /n) (áp dụng khi có n mẫu thử)Giá trị cường độ đặc trưng Rch = Rm(1- S.)Trong đó:  là hệ số biến động cường độ các mẫu thử,  = 0.135; S là hệ số lấy phụ thuộc vào xác suất bảo đảm. Với xác suất bảo đảm 95% thì S=1,64Giá trị cường độ tiêu chuẩn về nén Rbn = KC .Rch =(0.7 – 0.8).RchGiá trị cường độ tính toán về nén Rb = (bi .Rbn )/bcTrong đó: bc là hệ số độ tin cậy của bê tông khi chịu nén lấy theo bảng 2.3 trang 30 sách KCLH bi là hệ số điều kiiện làm việc của bê tông Tra bảng 2.7 trang 34 sách KCLH21CHƯƠNG II. VẬT LIỆU SỬ DỤNG CHO KẾT CẤU LIÊN HỢP1. Bê tông1.1. Theo TCVN 356:2005 (mẫu thử lập phương)22CHƯƠNG II. VẬT LIỆU SỬ DỤNG CHO KẾT CẤU LIÊN HỢP1. Bê tông1.1. Theo TCVN 356:2005 (mẫu thử lập phương)23CHƯƠNG II. VẬT LIỆU SỬ DỤNG CHO KẾT CẤU LIÊN HỢP24CHƯƠNG II. VẬT LIỆU SỬ DỤNG CHO KẾT CẤU LIÊN HỢP25CHƯƠNG II. VẬT LIỆU SỬ DỤNG CHO KẾT CẤU LIÊN HỢP26Độ bền(MPa)B20B25B30B35B40B45B50B55Rbn1518.52222.529323639.5Rb11.514.51719.5222527.530Rbtn1.41.61.81.952.12.22.32.4Rbt0.91.051.21.31.41.451.551.6Ebx103273032.534.53637.53939.5Rbn Cường độ chịu nén tiêu chuẩn của bêtông khi tính theo trạng thái giới hạn 2Rb 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 2Rbt Cường độ chịu kéo tính toán của bêtông khi tính theo trạng thái giới hạn 1Eb Modun đàn hồi Các đặc trưng cơ học của bê tông theo TCVN 356:2005 CHƯƠNG II. VẬT LIỆU SỬ DỤNG CHO KẾT CẤU LIÊN HỢP1. Bê tông1.1. Theo TCVN 356:2005 (mẫu thử lập phương)Tương quan giữa mác M và cấp độ bền B của cùng một loại bê tông được thể hiện bằng biểu thức sau: B = 0,1. (1- S.).MTrong đó: M là mác bê tông lấy bằng cường độ trung bình của mẫu thử chuẩn, tính theo đơn vị KG/cm2; B là cấp độ bền chịu nén, lấy bằng cường độ đặc trưng của mẫu thử chuẩn, tính theo đơn vị Mpa;Tương quan giữa cấp độ bền và mác bêtông theo cường độ cho trong bảng 2.8 trang 36 sách KCLH 27CHƯƠNG II. VẬT LIỆU SỬ DỤNG CHO KẾT CẤU LIÊN HỢP1. Bê tông1.1. Theo TCVN 356:2005 (mẫu thử lập phương)28CHƯƠNG II. VẬT LIỆU SỬ DỤNG CHO KẾT CẤU LIÊN HỢP1. Bê tông1.2. Theo EC29Độ bền(N/mm2)C20/25C25/30C30/35C35/45C40/50C45/55C50/60fcm28333843485358fck20253035404550fctm2.22.62.93.23.53.84.1Fctk,0.051.51.82.02.22.52.72.9Ecm. 1032930.53233.5353637fcm Cường độ chịu nén trung bình của mẫu trụ ở 28 ngày tuổifck Cường độ chịu nén đặc trưng của mẫu hình trụ ở 28 ngày tuổi fctm Cường độ chịu kéo trung bình của mẫu trụ ở 28 ngày tuổiFctk,0.05 Cường độ chịu kéo đặc trưng của mẫu hình trụ ở 28 ngày tuổiEcm Môđun đàn hồi cát tuyến có kể đến ảnh hưởng của tác động ngắn hạn Các đặc trưng cơ học của bê tông theo EC4CHƯƠNG II. VẬT LIỆU SỬ DỤNG CHO KẾT CẤU LIÊN HỢP1. Bê tông1.2. Theo EC (mẫu thử hình trụ)Cường độ chịu nén đặc trưng của bê tông ở tuổi nào đó được xác định theo công thức sau: fck (t) = fcm (t) - 8 (MPa) với 3 < t < 28 ngày; fck (t) = fck với t  28 ngày; Với fcm(t) là cường độ trung bình chịu nén đối vói mẫu trụ của bê tông ở tuổi t, được xác định: fcm(t) = cc(t) fcm với fcm - cường độ trung bình chịu nén đối vói mẫu trụ của bê tông ở tuổi 28 ngày; cc(t) - hệ số phụ thuộc tuổi t của bê tông; t - tuổi của bê tông tính theo ngày; s - hệ sô phụ thuộc loại xi măng sử dụng, s = 0,2 - 0,38;30CHƯƠNG II. VẬT LIỆU SỬ DỤNG CHO KẾT CẤU LIÊN HỢP1. Bê tông1.2. Theo EC (mẫu thử hình trụ)Cường độ tính toán chịu nén: fcd = cc.fck/cTrong đó:-cc là hệ số kể đến tác động lâu dài đến sức bền nén và các tác động bất lợi của các tải trọng tác dụng; giá trị cc =0,8 – 1,0 thường dùng cc =1c là hệ số điều kiện làm việc của bê tông lấy theo bảng 2.2 trang 27 sách KCLH;-fck là cường độ chịu nén đặc trưng của bê tông mẫu trụ ở 28 ngày tuổi, tra bảng 2.1 trang 25 KCLH;31CHƯƠNG II. VẬT LIỆU SỬ DỤNG CHO KẾT CẤU LIÊN HỢP1. Bê tông1.2. Theo EC (mẫu thử hình trụ)Cường độ tính toán chịu kéo: fctd =(ct.fctk,0.05)/cTrong đó:- c là hệ số điều kiện làm việc của bê tông lấy theo bảng 2.2 trang 27 sách KCLH;-ct là hệ số kể đến tác động lâu dài đến sức bền kéo và các tác động bất lợi của các tải trọng tác dụng; giá trị thường dùng ct =1;-fctk,0.05 là cường độ chịu kéo đặc trưng của mẫu trụ ở 28 ngày tuổi, tra bảng 2.1 trang 25 sách KCLH;32CHƯƠNG II. VẬT LIỆU SỬ DỤNG CHO KẾT CẤU LIÊN HỢP1. Bê tông1.2. Theo ECMô đun đàn hồi:Hệ số tương đương thép - bê tông: n = Ea/Ecm (n = 6)Trong đó: Ea Môđun đàn hồi của thép kết cấu Ea=210 kN/mm2; Ecm Môđun đàn hồi cát tuyến của bê tông lấy bảng 2.1- Khi xét đến hiện tượng mỏi của bê tông dưới tác dụng của tải trọng dài hạn n’ = 3nHệ số trung gian dùng chung cho cả tải trọng dài hạn và ngắn hạn để đơn giản hóa trong việc phân tích n’’ = 2n33CHƯƠNG II. VẬT LIỆU SỬ DỤNG CHO KẾT CẤU LIÊN HỢP1. Bê tông1.3. So sánh giữa 2 tiêu chuẩn TCVN và ECChuyển đổi các giá trị của mẫu hình trụ (EC) về mẫu lập phương (TCVN)34Độ bền(N/mm2)C20/25C25/30C30/35C35/45C40/50C45/55C50/60fcmMẫu hình trụ28333843485358fcmMẫu lập phương3539.646.7556064.769.6Độ bền(MPa)B25B30B35B45-B50B55RchMẫu lập phương32.1138.5344.9557.80-64.2270.64CHƯƠNG II. VẬT LIỆU SỬ DỤNG CHO KẾT CẤU LIÊN HỢP1. Bê tông1.3. So sánh giữa 2 tiêu chuẩn TCVN và ECKhi thiết kế kết cấu liên hợp thép bê tông theo Tiêu chuẩn Eurocode 4 có thể lấy các mác bê tông theo TCXDVN tương đương với lớp độ bền của bê tông theo Eurocode 4 rồi sử dụng lý thuyết thiết kế theo Eurocode 4. Cần lưu ý rằng theo qui định của Eurocode 4 thì để chế tạo kết cấu liên hợp thép- bê tông chỉ được dùng bê tông có Mác 350 (B27,5) trở lên theo TCXDVN.35CHƯƠNG II. VẬT LIỆU SỬ DỤNG CHO KẾT CẤU LIÊN HỢP2. Cốt thép2.1. Thép thanh theo Eurocode 4Tiêu chuẩn Châu Âu EN 10080-3 đã đưa ra ba mác thép dùng cho kết cấu liên hợp: S220; S400 và S500, các con số ở ký hiệu chỉ giới hạn đàn hồi của từng loại fsk (N/ mm2).Mác S220 là thép tròn trơn cán nóng, các mác S400 và S500 là thép thanh và tròn có gai ( kể cả lưới thép hàn) cho tính ma sát lớnMôđun đàn hồi Es của cốt thép thanh giao động từ 190 đến 200 kN/ mm2 . Để đơn giản tính toán, trong kết cấu liên hợp cho phép lấy giá trị của Es = Ea = 210 kN/ mm2 của thép kết cấu36CHƯƠNG II. VẬT LIỆU SỬ DỤNG CHO KẾT CẤU LIÊN HỢP2. Cốt thép2.2. Thép thanh theo TCXDVN 356:2005TCXDVN qui định dùng thép thanh cho kết cấu bê tông cốt thép nêu ở bảng 2.11, ký hiệu cường độ chịu kéo tiêu chuẩn Rsn và cường độ chịu kéo tính toán khi tính toán theo trạng thái giới hạn thứ hai Rs,ser.37CHƯƠNG II. VẬT LIỆU SỬ DỤNG CHO KẾT CẤU LIÊN HỢP2. Cốt thép2.3. Thép kết cấu theo Eurocode 4Trong tiêu chuẩn ENV 1994 - 1-1 Eurocode 4 trình bầy cách tính toán các kết cấu liên hợp được sản xuất từ thép mác thông thường S235, S275 và S355 (các con số chỉ giới hạn chảy N/mm2), xác định trong Tiêu chuẩn EN 10025 và EN 10113 . Để có các giá trị tiêu chuẩn của giới hạn đàn hồi fy và sức bền kéo đứt fu của các cấu kiện bằng thép cán nóng phụ thuộc vào chiều dầy, đã thành lập các bảng tra.38CHƯƠNG II. VẬT LIỆU SỬ DỤNG CHO KẾT CẤU LIÊN HỢP2. Cốt thép2.4. Thép kết cấu theo TCVN 5709:1993TCVN qui định dùng thép cacbon cán nóng có thể sử dụng trong kết cấu xây dựng nêu ở bảng 2.12 trang 42.Theo quy định của Eurocode 4 loại thép Việt Nam dùng trong kết cấu liên hợp có mác từ XCT38 trở lên.39CHƯƠNG II. VẬT LIỆU SỬ DỤNG CHO KẾT CẤU LIÊN HỢP2. Cốt thép40Loại thépECTiêu chuẩn VNThép thanhS220/S400, S500CI/CII, CIII, CIVAI/AII, AIII, AIVThép Kết cấuS235, S275, S355CT34, CT38, CT42, CT52Tôn định hìnhfy = 220 - 350 N/mm2-