Tải bản đầy đủ
4 TÍNH TOÁN PHẦN TỬ SPANDREL (DẦM CAO)

4 TÍNH TOÁN PHẦN TỬ SPANDREL (DẦM CAO)

Tải bản đầy đủ

ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHÓA 2011-2016

ln
≤ 2.5
h

Khi
thì bắc buộc phải phải tính toán ảnh hưởng của dầm cao .Các trường hợp còn lại
có thể tính toán như dầm thường nhưng phải bố trí cấu tạo như dầm cao.
l được xác định bằng giá trị lớn nhất khi xét từ tâm tới tâm, hoặc là bằng 1.15 lần nhịp thông
thủy giữa 2 vách.

Hình 10. – Kích thước cơ bản của dầm cao Design of Deep Beam in Reinforce Conrete CRIA 2 OA

10.4.1 Ứng xử của dầm cao (Deep Beam)
Ứng xử của dầm cao theo tỉ lệ nhịp và chiều cao dầm theo Bungale S. Taranath, Ph.D –
Reinforced Concrete Design of Tall Building [50]

GVHD.KC: TRƯƠNG VĂN CHÍNH
GVHD.TC: LƯƠNG THANH DŨNG

- 589 -

SVTH: NGUYỄN VĂN HIẾU
MSSV:11510300432

ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHÓA 2011-2016

Hình 10. – Phân bố ứng suất với các trường hợp (a)l/h=4, (b)l/h=2, (c)l/h=1, (d)l/h<1

2≤

l
≤4
h

Nhận xét: ứng suất tuyến tính trong dầm có
, vậy ta có thể tính toán như dầm
thường và bố trí cấu tạo như dầm cao. Đối với dầm cao trong vùng ứng suất kéo cực kỳ lớn.

GVHD.KC: TRƯƠNG VĂN CHÍNH
GVHD.TC: LƯƠNG THANH DŨNG

- 590 -

SVTH: NGUYỄN VĂN HIẾU
MSSV:11510300432

ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHÓA 2011-2016

Hình 10. – Quy định cấu tạo và thông số của dầm cao

10.4.2 Kiểm tra điều kiện dầm cao

Hình 10. – Bố trí dầm cao của lõi thang máy trong mô hình Etab

Theo Mục 21.9.7.1 ACI 318-2011 quy định dầm cao như sau. Dầm nối giữa 2 vách trong lõi
thang máy được xem dầm cao nếu:

ln
≤4
h
Trong đó:

ln

: chiều dài tính toán của nhịp dầm (

GVHD.KC: TRƯƠNG VĂN CHÍNH
GVHD.TC: LƯƠNG THANH DŨNG

ln = 1.15l0

- 591 -

,l0: chiều dài thông thủy)
SVTH: NGUYỄN VĂN HIẾU
MSSV:11510300432

ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM

h

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHÓA 2011-2016

: chiều cao của dầm đang xét.

Tầng
Hầm 1
Hầm 1
Hầm 1

ln
(m)
1.15
1.15
1.15

Phần tử
Spandrel
S1
S2
S3

h
(m)
1.3
1.3
1.3

ln/h
0.88
0.88
0.88

Kiểm tra
OK
OK
OK

10.4.3 Lý thuyết tính toán dầm cao

10.4.3.1 Tính toán cốt thép chịu uốn cho dầm cao

Hình 10. – Ứng xử trong dầm cao

Hình 10. – Ứng suất tại vị trí giữa nhịp và gối

GVHD.KC: TRƯƠNG VĂN CHÍNH
GVHD.TC: LƯƠNG THANH DŨNG

- 592 -

SVTH: NGUYỄN VĂN HIẾU
MSSV:11510300432

ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHÓA 2011-2016

Bước 1: Xác định diện tích thép vùng chịu kéo tại nhịp và gối
Điều kiện đảm bảo khả năng chịu lực của cấu kiện:

M u ≤ φM n M n = A s f y z
,

Diện tích thép chịu kéo tại nhịp:
As =

Mu
φf y z

A s' =

Mu
φf y z

Diện tích thép chịu kéo tại gối:

Trong đó:
-

ф : Hệ số an toàn lấy bằng 0.9 được quy định tại Mục 9.3.2.1, ACI 318M-11 [34]
fy : Giới hạn chảy của thép

Xác định giá trị z:
Tham khảo mục 1.5.1 Reinforcement Conrete Deep Beams- Prof..F.K.Kong

l: là nhịp dầm cao xác định theo trung tâm các gối tựa hoặc lấy bằng 1.15l n (nên lấy giá trị
nhỏ hơn trong 2 giá trị trên).

Bước 2: Kiểm tra hàm lượng thép min

A s, min

 0.25 f '
1.4 
c
= max 
bd;
bd ÷
 fy
÷
fy



Trong đó:
-

b : bề rộng dầm
d : chiều cao tính toán của dầm, lấy d = 0.9h

GVHD.KC: TRƯƠNG VĂN CHÍNH
GVHD.TC: LƯƠNG THANH DŨNG

- 593 -

SVTH: NGUYỄN VĂN HIẾU
MSSV:11510300432

ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHÓA 2011-2016

Bước 3: Xác định vùng chịu kéo bố trí thép tại nhịp dầm trong phạm vi chiều cao từ đáy
dầm đến vị trí cách đáy dầm 1 khoảng y

y = 0.25h − 0.05l < 0.2h
Bước 4: Đối với dầm liên tục thì thép tại gối (chịu momen âm) As thành 2 phần:
Diện tích bố trí trong phạm vi chiều cao từ đỉnh dầm bằng 0.2h (Upper band)

l

A s1' = 0.5  − 1÷As'
h 
Diện tích thép còn lại A’s2 = A’s – A’s1 trong phạm vi chiều cao bằng 0.6h (Lower band) từ

phạm vi đã bố trí A’s1
10.4.3.2 Tính toán cốt thép chịu cắt cho dầm cao
Bước 1: Kiểm tra lực cắt lớn nhất do ngoại lực
Theo mục 11.7.3, ACI 318M-11 [34] quy định :
Vu ≤ φ0.83 f c' bd

Với:

ɸ: hệ số giảm độ bền chống cắt, ɸ = 0.75 (Mục 9.3.2.3, ACI 318M-11 [34])
b: bề rộng dầm
d: chiều cao làm việc hữu hiệu của dầm, lấy d = 0.9h

Nếu điều kiện trên không thoả thì phải tăng tiết diện.

Bước 2: Chọn thép đai chịu cắt Av
Theo mục 11.7.4.1, ACI 318M-11:

A v,min = 0.0025bs

.Với

s = min ( 300, d / 5 )

Nên chọn cấu tạo tối thiểu Ø10a200

Bước 3: Tính khả năng chịu cắt của cốt thép chịu cắt
Nếu chỉ tính thép đứng chịu cắt (an toàn) thì tính theo công thức sau: (Mục 11.4.7.2)

Vs =

A v f yd
s

< 0,66 f c' bd

Trường hợp kể đến thép ngang chịu cắt thì tính theo công thức sau: (Mục 11.4.7.9)

 A 1 + l n / d A vh 11 − ln / d 
'
Vs =  v
+
÷f y d < 0,66 f c bd
12
sh
12 
 s
Bước 4: Tính khả năng chịu cắt của bêtông (Mục

GVHD.KC: TRƯƠNG VĂN CHÍNH
GVHD.TC: LƯƠNG THANH DŨNG

11.2.1.1)
- 594 -

SVTH: NGUYỄN VĂN HIẾU
MSSV:11510300432

ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHÓA 2011-2016

Vc = 0.17 f c' bd

Vu ≤ φVn = φ ( Vc + Vs )
Bước 5: Kiểm tra khả năng chịu cắt của dầm:

Trong đó:

ϕ = 0.6 - đối với kháng chấn (Seismic)
ϕ = 0.75 - đối với không kháng chấn (Nonseismic)

Bước 6: Nếu không thỏa quay về bước 3 tăng cốt thép chịu cắt
10.4.3.3 Tính toán cốt thép đặt chéo góc tại cửa thang máy

Lược dịch: Khi thiết kế kháng chấn, ngoài những yêu cầu thiết kế chống cắt nêu ở Mục
10.4.4 của đồ án thì tiết diện chống cắt xiên trên dầm nối giữa 2 vách tính toán khi
Ls
d spandrel

≤4

sử dụng công thức Mục 21.9.7.2, ACI 318M-11 [34]:
A vd =

Vu
2φs f ys sin α

Với ϕs = 0.85 (Mục 9.3.4, ACI 318M-11 [34])

sin α =

0.8h
L2s + ( 0.8h )

2

Trong đó:
-

h: chiều cao của spandrel
là chiều dài nhịp tính toán của spandrel
l:

Trong thực tế, các tài liệu báo cáo thì lực cắt xiên có thể yêu cầu tính toán hoặc là
không tính toán (tùy chọn) . Lực cắt xiên chỉ yêu cầu thiết kế khi rơi vào 2 điều kiện
sau: (Mục 21.9.7.2 và 21.9.7.3 ACI 318M-11 [34])

 V ≥ 4 f ' db
u
c
spandrel

 l / d spandrel ≤ 2
GVHD.KC: TRƯƠNG VĂN CHÍNH
GVHD.TC: LƯƠNG THANH DŨNG

- 595 -

SVTH: NGUYỄN VĂN HIẾU
MSSV:11510300432

ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHÓA 2011-2016

Hình 10. – Vết nứt xiên tại góc cửa thang máy
10.4.4 Thực hành tính toán
Vì số khối lượng Spandrel chiếm tỷ trọng rất nhỏ trong toàn bộ công trình, nên để đơn giản
trong cùng một tầng sinh viên sẽ lọc ra Spandrel có nội lực lớn nhất để tính toán và bố trí cho
toàn bộ (kích thướt dầm cao Spandrel giống nhau ở mỗi tầng).
Theo phương đứng, công trình có 3 loại chiều cao tầng là 3.5m (tầng hầm), 4.5 m (tầng trệt )
và 3.6m (tầng 2 đến tầng 14) vì vậy sẽ có 3 loại Spandrel có kích thước khác nhau là Spandrel
tầng hầm, Spandrel tầng trệt và Spandrel các tầng còn lại. Đối với các tầng hầm và tầng 2 đến
tầng 14, sinh viên sẽ lọc ra nội lực lớn nhất để tính toán và bố trí cho toàn bộ theo phương
đứng.

Bảng 10. – Cặp nội lực để tính toán Spandrel
Mgối

Mnhịp

Q

kN.m

kN.m

kN

Tầng hầm

-314.53

267.15

-586.5

Tầng trệt

-368.74

447.4

-672.12

Tầng 2 -14

-269.77

228.09

472.44

Tầng

10.4.4.1 Tính toán Spandrel tầng hầm (htầng = 3.5m)
Tính toán Spandrel tầng hầm (htầng = 3.5m)
l = 1.15ln = 1.15 × 1.0 = 1.15 (m)

l 1.15
=
= 0.88 < 2
h 1.3

→ Tính toán như dầm cao

1. Tính diện tích thép chịu uốn
• Tại nhịp: Mu = 267.15 (kN.m)
l = 1.15ln = 1.15 × 1.0 = 1.15 (m)

GVHD.KC: TRƯƠNG VĂN CHÍNH
GVHD.TC: LƯƠNG THANH DŨNG

- 596 -

SVTH: NGUYỄN VĂN HIẾU
MSSV:11510300432

ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHÓA 2011-2016

l
= 0.88 < 1 → z = 0.6l = 0.6 × 1.15 = 0.69(m)
h
As =

Mu
267.15 × 106
=
= 1103.05 (mm 2 )
φf y z 0.9 × 390 × 690



f
0.25 c

÷
 0.25 f '

1.4
1.2 bd; 1.4 bd ÷
c
A s, min = max 
bd;
bd ÷ = max 
 fy
÷
fy
fy
fy

÷



÷


 0.25 × 25

1.4
= max 
× 300 ×1170;
× 300 ×1170 ÷
390
390


2
= max ( 1125; 1260 ) = 1260 (mm )
Với: d = 0.9h = 0.9 × 1300 = 1170 (mm)
→As = 1260 (mm2)
→ Chọn 4Ø22 (As = 1520.5 mm2)
Khoảng bố trí:

y = 0.25h − 0.05l < 0.2h = 0.25 × 1300 − 0.05 × 1150 = 267.5 (mm) > 0.2h = 260 (mm)
→ y = 260 (mm)
• Tại gối: Mu = -314.53 (kN.m)
A s' =

Mu
314.52 ×106
=
= 1298.7 (mm 2 )
φf y z 0.9 × 390 × 690

As = 1298.7 (mm2) > As, min = 1260 (mm2) → Bố trí As = 1298.7 (mm2)
Phân phối diện tích thép:
Diện tích bố trí trong phạm vi chiều cao từ đỉnh dầm bằng 0.2h = 260 (mm) (Upper band)

l

 1150 
A s1' = 0.5  − 1÷A s' = 0.5 × 
− 1÷×1298.7 = −74.93 (mm 2 )
h 
 1300 
→ Do dầm chủ yếu chịu cắt nên đặt thép cấu tạo, chọn 4Ø18 (As = 1017.4 mm2)
Diện tích thép còn lại A’s2 = A’s – A’s1 trong phạm vi chiều cao bằng 0.6h (Lower band) từ

phạm vi đã bố trí A’s1
GVHD.KC: TRƯƠNG VĂN CHÍNH
GVHD.TC: LƯƠNG THANH DŨNG

- 597 -

SVTH: NGUYỄN VĂN HIẾU
MSSV:11510300432

ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHÓA 2011-2016

A’s2 = A’s – A’s1 = 1373.6 (mm2)
→ Chọn 8Ø18 (As = 2034.72 mm2)
Đoạn 0.2h còn lại; kéo thép nhịp qua.
2. Tính cốt thép chịu cắt
• Kiểm tra lực cắt lớn nhất do ngoại lực

Vu = 586.5 (kN) ≤ φ0.83 f c' bd = 0.75 × 0.83 × 25 × 300 ×1170 ×10 −3 = 1092.5 (kN)
• Chọn thép đai chịu cắt Av

A v,min = 0.0025bs = 0.0025 × 300 ×100 = 75 (mm 2 )

Với

s = min ( 300, d / 5 ) = min ( 300, 1170/5 ) = 234 (mm)

→ Lấy s = 100 (mm)

Chọn đai Ø12, 2 nhánh có As =226.08 (mm2)
Vậy thép đai 2 nhánh Ø12a100
• Tính khả năng chịu cắt của thép đai
Nếu chỉ tính thép đứng chịu cắt (an toàn) thì tính theo công thức sau: (Mục 11.4.7.2)

Vs =

A vf yd
s

=

226.08 × 390 × 1170
× 10 −3 = 1031.6 (kN)
100

• Tính khả năng chịu cắt của bêtông

Vc = 0.17 f c' bd = 0.17 × 25 × 300 × 1170 × 10 −3 = 298.35 (kN)
• Kiểm tra khả năng chịu cắt của dầm

Vu = 586.5 (kN) ≤ φVn = φ ( Vc + Vs ) = 0.6 × (1031.6 + 298.35) = 798 (kN)
Vậy dầm đảm bảo khả năng chịu cắt.
3. Tính toán cốt thép đặt chéo góc tại cửa thang máy
Ls
Ta có:

d spandrel

=

1150
= 0.982 ≤ 4
1170

Sử dụng công thức Mục 21.9.7.2, ACI 318M-11 [34]:
A vd =

Vu
586.5 ×103
=
= 1320.32 (mm 2 )
2φs f ys sin α 2 × 0.85 × 390 × 0.67

GVHD.KC: TRƯƠNG VĂN CHÍNH
GVHD.TC: LƯƠNG THANH DŨNG

- 598 -

SVTH: NGUYỄN VĂN HIẾU
MSSV:11510300432

ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHÓA 2011-2016

Trong đó:
ϕs = 0.85 (Mục 9.3.4, ACI 318M-11 [34])

sin α =

0.8h
L + ( 0.8h )
2
s

2

=

0.8 ×1300
1150 + ( 0.8 ×1300 )
2

2

= 0.67

→ Chọn 4Ø22 (As = 1519.8 mm2)
Thép đai chọn cấu tạo Ø8a100

10.4.4.2 Tính toán Spandrel tầng trệt (htầng = 4.5m)
Tính toán Spandrel tầng trệt (htầng = 4.5m)
l = 1.15ln = 1.15 × 1.0 = 1.15 (m)

l 1.15
=
= 0.5 < 2
h 2.3

→ Tính toán như dầm cao

1. Tính diện tích thép chịu uốn
• Tại nhịp: Mu = 447.4 (kN.m)
l = 1.15ln = 1.15 × 1.0 = 1.15 (m)

l
= 0.5 < 1 → z = 0.6l = 0.6 × 1.15 = 0.69(m)
h
As =

Mu
447.4 ×106
=
= 1847.3 (mm 2 )
φf y z 0.9 × 390 × 690



f
0.25 c

÷
 0.25 f '

1.4
1.2 bd; 1.4 bd ÷
c
A s, min = max 
bd;
bd ÷ = max 
 fy
÷
fy
fy
fy

÷



÷


 0.25 × 25

1.4
= max 
× 300 × 2070;
× 300 × 2070 ÷
390
390


= max ( 1990; 2229.23) = 2229.23 (mm 2 )
Với: d = 0.9h = 0.9 × 2300 = 2070 (mm)
→ As = 2229.23 (mm2)
→ Chọn 8Ø22 (As = 3039.52 mm2)
Khoảng bố trí:

GVHD.KC: TRƯƠNG VĂN CHÍNH
GVHD.TC: LƯƠNG THANH DŨNG

- 599 -

SVTH: NGUYỄN VĂN HIẾU
MSSV:11510300432