Kết cấu liên hợp – Thép Bê tông

Bộ môn Công trình Thép gỗ

KÕt cÊu liªn hîp thÐp - bª t«ng

dïng trong nhµ cao tÇng

Giảng viên: Ths. Hàn Ngọc Đức

Hà Nội, 2012

Bộ môn Công trình Thép gỗ

NỘI DUNG CƠ BẢN

Tổng quan về kết cấu liên hợp Thép Bê tông

Cột liên hợp

 Chương I:  Chương II: Vật liệu sử dụng cho kết cấu liên hợp  Chương III: Sàn liên hợp  Chương IV: Dầm liên hợp  Chương V:  Chương VI: Ứng dụng kết cấu liên hợp trong nhà cao tầng

Bộ môn Công trình Thép gỗ

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP BÊ TÔNG

1. Giới thiệu về kết cấu liên hợp

ThÐp b¶n

Bộ môn Công trình Thép gỗ

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP BÊ TÔNG

1. Giới thiệu về kết cấu liên hợp

Bộ môn Công trình Thép gỗ

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP BÊ TÔNG

1. Giới thiệu về kết cấu liên hợp

Bộ môn Công trình Thép gỗ

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP BÊ TÔNG

1. Giới thiệu về kết cấu liên hợp

Bộ môn Công trình Thép gỗ

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP BÊ TÔNG

1. Giới thiệu về kết cấu liên hợp

 Hệ thống tiêu chuẩn kết cấu liên hợp

Tiêu chuẩn Mỹ AASHTO

Tiêu chuẩn Đức DIN

Tiêu chuẩn Anh BIST

Tiêu chuẩn Châu Âu EC4

Bộ môn Công trình Thép gỗ

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP BÊ TÔNG

1. Giới thiệu về kết cấu liên hợp

 Tiêu 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;

Bộ môn Công trình Thép gỗ

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP BÊ TÔNG

2. Ưu điểm của kết cấu liên hợp

 Tăng 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..),

 Đạt hiệu quả kinh tế cao;

tăng tốc độ thi công;

Bộ môn Công trình Thép gỗ

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP BÊ TÔNG

2. Ưu điểm của kết cấu liên hợp

Bộ môn Công trình Thép gỗ

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP BÊ TÔNG

2. Ưu điểm của kết cấu liên hợp

Bộ môn Công trình Thép gỗ

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP BÊ TÔNG

3. Nhược điểm của kết cấu liên hợp

 Các ưu điểm kể trên chỉ phát huy với công trình cao tầng, chưa phù hợp với

 Trong điều kiện Việt Nam, đây là loại hình kết cấu mới nên sẽ gặp nhiều khó

công trình có quy mô nhỏ

khăn trong giai đoạn ứng dụng ban đầu

Bộ môn Công trình Thép gỗ

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP BÊ TÔNG

Bộ môn Công trình Thép gỗ

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP BÊ TÔNG

Bộ môn Công trình Thép gỗ

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP BÊ TÔNG

Bộ môn Công trình Thép gỗ

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP BÊ TÔNG

Bộ môn Công trình Thép gỗ

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP BÊ TÔNG

Bộ môn Công trình Thép gỗ

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP BÊ TÔNG

Bộ môn Công trình Thép gỗ

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP BÊ TÔNG

Bộ môn Công trình Thép gỗ

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP BÊ TÔNG

Bộ môn Công trình Thép gỗ

CHƯƠNG II. VẬT LIỆU SỬ DỤNG CHO KẾT CẤU LIÊN HỢP

1. Bê tông

 Giá trị cường độ trung bình

1.1. Theo TCXD 356:2005 (mẫu thử lập phương)

 Giá trị cường độ đặc trưng Trong đó: n là hệ số biến động cường độ các mẫu thử, n = 0.135;

Rm = ((cid:229) Ri /n) (áp dụng khi có n mẫu thử) Rch = Rm(1 S.n )

 Giá trị cường độ tiêu chuẩn về nén

S là hệ số lấy phụ thuộc vào xác suất bảo đảm. Với xác suất bảo đảm 95% thì S=1,64

KC .Rch =(0.7 – 0.8).Rch bi .Rbn )/g

bc là hệ số độ tin cậy của bê tông khi chịu nén lấy theo bảng 2.3

Rbn = g Rb = (g

 Giá trị cường độ tính toán về nén Trong đó: g g

bi là hệ số điều kiiện làm việc của bê tông Tra bảng 2.7 trang 34 sách

trang 30 sách KCLH

KCLH

Bộ môn Công trình Thép gỗ

CHƯƠNG II. VẬT LIỆU SỬ DỤNG CHO KẾT CẤU LIÊN HỢP

1. Bê tông

1.1. Theo TCVN 356:2005 (mẫu thử lập phương)

Bộ môn Công trình Thép gỗ

CHƯƠNG II. VẬT LIỆU SỬ DỤNG CHO KẾT CẤU LIÊN HỢP

1. Bê tông

1.1. Theo TCVN 356:2005 (mẫu thử lập phương)

Bộ môn Công trình Thép gỗ

CHƯƠNG II. VẬT LIỆU SỬ DỤNG CHO KẾT CẤU LIÊN HỢP

Bộ môn Công trình Thép gỗ

CHƯƠNG II. VẬT LIỆU SỬ DỤNG CHO KẾT CẤU LIÊN HỢP

Bộ môn Công trình Thép gỗ

CHƯƠNG II. VẬT LIỆU SỬ DỤNG CHO KẾT CẤU LIÊN HỢP

Các đặc trưng cơ học của bê tông theo TCVN 356:2005

B20 B25 B30 B35 B40 B45 B50 B55

15 18.5 22 22.5 29 32 36 39.5 Độ bền (MPa) Rbn

11.5 14.5 17 19.5 22 25 27.5 30 Rb

1.4 1.6 1.8 1.95 2.1 2.2 2.3 2.4 Rbtn

0.9 1.05 1.2 1.3 1.4 1.45 1.55 1.6 Rbt

Rbn Cường độ chịu nén tiêu chuẩn của bêtông khi tính theo trạng thái giới hạn 2

Rb 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 2

Rbt Cường độ chịu kéo tính toán của bêtông khi tính theo trạng thái giới hạn 1

Eb Modun đàn hồi

27 30 32.5 34.5 36 37.5 39 39.5 Ebx103

Bộ môn Công trình Thép gỗ

CHƯƠNG II. VẬT LIỆU SỬ DỤNG CHO KẾT CẤU LIÊN HỢP

1. Bê tông

 Tương quan giữa mác M và cấp độ bền B của cùng một loại bê tông được thể

1.1. Theo TCVN 356:2005 (mẫu thử lập phương)

hiện bằng biểu thức sau: B = 0,1. (1 S.n ).M

Trong đó: M là mác bê tông lấy bằng cường độ trung bình của mẫu thử chuẩn,

tính theo đơn vị KG/cm2;

 Tương quan giữa cấp độ bền và mác bêtông theo cường độ cho trong bảng

B là cấp độ bền chịu nén, lấy bằng cường độ đặc trưng của mẫu thử chuẩn, tính theo đơn vị Mpa;

2.8 trang 36 sách KCLH

Bộ môn Công trình Thép gỗ

CHƯƠNG II. VẬT LIỆU SỬ DỤNG CHO KẾT CẤU LIÊN HỢP

1. Bê tông

1.1. Theo TCVN 356:2005 (mẫu thử lập phương)

Bộ môn Công trình Thép gỗ

CHƯƠNG II. VẬT LIỆU SỬ DỤNG CHO KẾT CẤU LIÊN HỢP

1. Bê tông 1.2. Theo EC

Các đặc trưng cơ học của bê tông theo EC4

C20/25 C25/30 C30/35 C35/45 C40/50 C45/55 C50/60

28 33 38 43 48 53 58 Độ bền (N/mm2) fcm

20 25 30 35 40 45 50 fck

2.2 2.6 2.9 3.2 3.5 3.8 4.1 fctm

1.5 1.8 2.0 2.2 2.5 2.7 2.9 Fctk,0.05

29 33.5 30.5 35 36 37

Cường độ chịu nén đặc trưng của mẫu hình trụ ở 28 ngày tuổi

fck

Cường độ chịu kéo trung bình của mẫu trụ ở 28 ngày tuổi

fctm

Fctk,0.05 Cường độ chịu kéo đặc trưng của mẫu hình trụ ở 28 ngày tuổi

Ecm Môđun đàn hồi cát tuyến có kể đến ảnh hưởng của tác động ngắn hạn

32 Cường độ chịu nén trung bình của mẫu trụ ở 28 ngày tuổi Ecm. 103 fcm

Bộ môn Công trình Thép gỗ

CHƯƠNG II. VẬT LIỆU SỬ DỤNG CHO KẾT CẤU LIÊN HỢP

1. Bê tông

 Cường độ chịu nén đặc trưng của bê tông ở tuổi nào đó được xác định theo

1.2. Theo EC (mẫu thử hình trụ)

công thức sau:

fck (t) = fcm (t) 8 (MPa)

với 3 < t < 28 ngày; với t ‡ 28 ngày; fck (t) = fck

Với fcm(t) là cường độ trung bình chịu nén đối vói mẫu trụ của bê tông ở tuổi t,

2/1

được xác định:

(cid:252) (cid:236) ø Ø (cid:239) (cid:239) (cid:246) (cid:230)

)

(

exp

28 t

cc(t) fcm với

- (cid:247) (cid:231) œ Œ (cid:253) (cid:237) ł Ł (cid:239) (cid:239) œ Œ ß º (cid:254) (cid:238)

fcm(t) = b

cc(t) hệ số phụ thuộc tuổi t của bê tông;

fcm cường độ trung bình chịu nén đối vói mẫu trụ của bê tông ở tuổi 28 ngày;

b t tuổi của bê tông tính theo ngày; s hệ sô phụ thuộc loại xi măng sử dụng, s = 0,2 0,38;

Bộ môn Công trình Thép gỗ

CHƯƠNG II. VẬT LIỆU SỬ DỤNG CHO KẾT CẤU LIÊN HỢP

1. Bê tông

cc.fck/g

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 a

cc =0,8 – 1,0 thường dùng a

cc =1

1.2. Theo EC (mẫu thử hình trụ)  Cường độ tính toán chịu nén: fcd = a Trong đó: a

c là hệ số điều kiện làm việc của bê tông lấy theo bảng 2.2 trang 27 sách KCLH;

- g

fck là cường độ chịu nén đặc trưng của bê tông mẫu trụ ở 28 ngày tuổi, tra bảng

2.1 trang 25 KCLH;

Bộ môn Công trình Thép gỗ

CHƯƠNG II. VẬT LIỆU SỬ DỤNG CHO KẾT CẤU LIÊN HỢP

1. Bê tông

ct.fctk,0.05)/g

c là hệ số điều kiện làm việc của bê tông lấy theo bảng 2.2 trang 27 sách KCLH;

1.2. Theo EC (mẫu thử hình trụ)  Cường độ tính toán chịu kéo: fctd = (a Trong đó: g

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 a

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;

Bộ môn Công trình Thép gỗ

CHƯƠNG II. VẬT LIỆU SỬ DỤNG CHO KẾT CẤU LIÊN HỢP

1. Bê tông

 Mô đun đàn hồi:

Hệ số tương đương thép bê tông:

1.2. Theo EC

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

Hệ số trung gian dùng chung cho cả tải trọng dài hạn và ngắn hạn để đơn

n’ = 3n

giản hóa trong việc phân tích

n’’ = 2n

Bộ môn Công trình Thép gỗ

CHƯƠNG II. VẬT LIỆU SỬ DỤNG CHO KẾT CẤU LIÊN HỢP

1. Bê tông

 Chuyển đổi các giá trị của mẫu hình trụ (EC) về mẫu lập phương (TCVN)

1.3. So sánh giữa 2 tiêu chuẩn TCVN và EC

C20/25 C25/30 C30/35 C35/45 C40/50 C45/55 C50/60

Độ bền (N/mm2)

28 33 38 53 58 43 48 fcm

35 39.6 46.7 64.7 69.6 55 60 fcm

Mẫu hình trụ Mẫu lập phương

B25 B30 B35 B45 B50 B55

Độ bền (MPa)

32.11 38.53 44.95 57.80 64.22 70.64 Rch

Mẫu lập phương

Bộ môn Công trình Thép gỗ

CHƯƠNG II. VẬT LIỆU SỬ DỤNG CHO KẾT CẤU LIÊN HỢP

1. Bê tông

 Khi thi

1.3. So sánh giữa 2 tiêu chuẩn TCVN và EC

t k k t c u liên h p thép bê tông theo Tiêu chu n Eurocode 4

ế ế ế ấ

ợ

ẩ

ng đ

ể ấ

ươ

t k theo

ng v i l p đ ớ ớ ộ ươ ế ế ế

có th l y các mác bê tông theo TCXDVN t b n c a bê tông theo Eurocode 4 r i s d ng lý thuy t thi ồ ử ụ ề ủ Eurocode 4.

 C n l u ý r ng theo qui đ nh c a Eurocode 4 thì đ ch t o k t c u liên h p

ầ ư

ủ

ằ

ợ

ị

thép- bê tông ch đ

c dùng bê tông có Mác 350 (B27,5) tr lên theo TCXDVN.

ỉ ượ

ể ế ạ ế ấ ở

Bộ môn Công trình Thép gỗ

CHƯƠNG II. VẬT LIỆU SỬ DỤNG CHO KẾT CẤU LIÊN HỢP

2. Cốt thép

2.1. Thép thanh theo Eurocode 4  Tiêu chuẩn Châu Âu EN 100803 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

 Môđun đàn hồi Es của cốt thép thanh giao động từ 190 đến 200 kN/ mm2 . Để

tròn có gai ( kể cả lưới thép hàn) cho tính ma sát lớn

đơn giản tính toán, trong kết cấu liên hợp cho phép lấy giá trị của

Es = Ea = 210 kN/ mm2 của thép kết cấu

Bộ môn Công trình Thép gỗ

CHƯƠNG II. VẬT LIỆU SỬ DỤNG CHO KẾT CẤU LIÊN HỢP

2. Cốt thép

2.2. Thép thanh theo TCXDVN 356:2005  TCXDVN 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.

Bộ môn Công trình Thép gỗ

CHƯƠNG II. VẬT LIỆU SỬ DỤNG CHO KẾT CẤU LIÊN HỢP

2. Cốt thép

2.3. Thép kết cấu theo Eurocode 4  Trong tiêu chuẩn ENV 1994 11 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.