Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Trong kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp, kết cấu sàn sườn bê tông cốt thép toàn khối là một trong những giải pháp chịu lực cơ bản, phổ biến và có tính ứng dụng cao. Đồ án tập trung giải quyết bài toán thiết kế kết cấu sàn sườn toàn khối loại bản dầm (có bản loại dầm, dầm phụ và dầm chính) cho một công trình nhà dân dụng cụ thể.
Nhiệm vụ nghiên cứu và thiết kế
- Xác định sơ đồ kết cấu, phân loại bản sàn dựa trên tỷ số kích thước các cạnh ô bản, và sơ bộ chọn kích thước hình học của toàn bộ các cấu kiện (chiều dày bản sàn $h_b$, tiết diện dầm phụ $b_{dp} \times h_{dp}$, tiết diện dầm chính $b_{dc} \times h_{dc}$).
- Tính toán tải trọng tác dụng (tĩnh tải tiêu chuẩn, tĩnh tải tính toán phân lớp, hoạt tải tiêu chuẩn và hoạt tải tính toán).
- Thiết kế bản sàn theo sơ đồ khớp dẻo: xác định nhịp tính toán, nội lực uốn, tính toán diện tích và bố trí cốt thép chịu lực, cốt thép phân bố, cốt thép mũ.
- Thiết kế dầm phụ theo sơ đồ khớp dẻo: xác định tải trọng phân bố, xây dựng biểu đồ bao mômen và biểu đồ bao lực cắt, tính toán cốt thép dọc chịu mômen âm và mômen dương, tính toán cốt đai chịu lực cắt, kiểm tra neo, uốn và lập biểu đồ bao vật liệu dầm phụ.
- Thiết kế dầm chính theo sơ đồ đàn hồi: quy đổi tải trọng tập trung từ bản sàn và dầm phụ truyền vào, xác định nội lực qua các trường hợp chất tải bất lợi nhất, lập biểu đồ bao mômen và bao lực cắt, tính toán cốt thép dọc, cốt đai, cốt xiên tăng cường chịu cắt, cốt treo tại nút giao dầm phụ - dầm chính và xác định tiết diện cắt lý thuyết của cốt thép.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng kết cấu: Hệ kết cấu sàn sườn bê tông cốt thép toàn khối gồm bản sàn làm việc một phương, dầm phụ liên tục 3 nhịp và dầm chính liên tục 4 nhịp.
- Phạm vi hình học:
- Kích thước lưới ô bản tính từ giữa trục dầm và trục tường: cạnh ngắn $l_1 = 2,3\text{ m}$, cạnh dài $l_2 = 5,7\text{ m}$.
- Tường gạch chịu lực có chiều dày $b_t = 0,34\text{ m} = 340\text{ mm}$.
- Cột bê tông cốt thép đỡ dầm chính có tiết diện vuông $b_c \times b_c = 0,4\text{ m} \times 0,4\text{ m} = 400\text{ mm} \times 400\text{ mm}$.
- Chiều dài nhịp tính toán của dầm chính là $6,9\text{ m}$.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Cơ sở vật liệu và tiêu chuẩn thiết kế
Đồ án áp dụng các nguyên lý tính toán kết cấu bê tông cốt thép theo trạng thái giới hạn:
- Bê tông: Cấp độ bền chịu nén B20, có các chỉ tiêu cơ lý:
- Cường độ chịu nén tính toán: $R_b = 11,5\text{ MPa}$.
- Cường độ chịu kéo tính toán: $R_{bt} = 0,9\text{ MPa}$.
- Môđun đàn hồi: $E_b = 27 \times 10^3\text{ MPa}$.
- Cốt thép CI (sử dụng cho bản sàn, cốt đai dầm phụ và dầm chính):
- Cường độ chịu kéo và nén tính toán: $R_s = R_{sc} = 225\text{ MPa}$.
- Cường độ tính toán của cốt đai: $R_{sw} = 175\text{ MPa}$.
- Môđun đàn hồi: $E_s = 21 \times 10^4\text{ MPa}$.
- Cốt thép CII (sử dụng cho cốt thép dọc chịu lực và cốt xiên dầm phụ, dầm chính):
- Cường độ chịu kéo và nén tính toán: $R_s = R_{sc} = 280\text{ MPa}$.
- Cường độ tính toán cốt xiên/cốt đai: $R_{sw} = 225\text{ MPa}$.
- Môđun đàn hồi: $E_s = 21 \times 10^4\text{ MPa}$.
Phương pháp nghiên cứu và tính toán
- Phương pháp phân tích sơ đồ làm việc của bản: Dựa trên tỷ số hai cạnh $L_2 / L_1 = 5,7 / 2,3 = 2,48 > 2$, bản sàn được phân loại và tính toán theo sơ đồ bản dầm (bản làm việc 1 phương).
- Phương pháp tính toán theo sơ đồ khớp dẻo: Áp dụng cho bản sàn và dầm phụ nhằm xét đến sự phân phối lại nội lực khi vật liệu bước vào giai đoạn biến dạng dẻo, với các hệ số giới hạn vùng nén $\xi_D = 0,37$, $\alpha_{pl} = 0,255$.
- Phương pháp tính toán theo sơ đồ đàn hồi: Áp dụng cho dầm chính (dầm liên tục 4 nhịp chịu tải trọng tập trung từ dầm phụ truyền vào).
- Phương pháp tổ hợp nội lực và vẽ biểu đồ bao: Phân tích biểu đồ mômen và lực cắt cho từng trường hợp tải trọng tĩnh ($G$) và 6 trường hợp hoạt tải ($P_1$ đến $P_6$), sử dụng phương pháp treo biểu đồ kết hợp quan hệ tam giác đồng dạng tại các nhịp dầm đơn giản tương đương để xác định giá trị $M_{\max}, M_{\min}, Q_{\max}, Q_{\min}$.
- Phương pháp mặt cắt và biểu đồ bao vật liệu: Xác định khả năng chịu lực của các tiết diện $M_{td}$, tìm các điểm cắt lý thuyết và tính toán đoạn vươn/kéo dài cốt thép ($W$) đảm bảo điều kiện cường độ trên tiết diện nghiêng.
Nội dung chính theo từng chương
Phần I: Xác định số liệu tính toán và kích thước các cấu kiện
Nội dung phần này xác định các thông số hình học ban đầu của hệ sàn nhà dân dụng:
- Tỷ số cạnh ô sàn: $L_2 / L_1 = 5,7 / 2,3 = 2,48 > 2 \to$ bản sàn làm việc một phương.
- Chiều dày bản sàn được chọn theo công thức $h_b = \frac{D}{m} L_1 = \frac{1}{30} \times 2300 = 76,67\text{ mm} \to$ chọn $h_b = 80\text{ mm}$ (với $D = 0,8 \div 1,4$ và $m = 30 \div 35$).
- Tiết diện dầm phụ: chiều cao $h_{dp} = \left(\frac{1}{12} \div \frac{1}{16}\right) L_2 = 475 \div 356\text{ mm} \to$ chọn $h_{dp} = 400\text{ mm}$; bề rộng $b_{dp} = \left(\frac{1}{2} \div \frac{1}{3}\right) h_{dp} = 200 \div 133,3\text{ mm} \to$ chọn $b_{dp} = 200\text{ mm}$.
- Tiết diện dầm chính: chiều cao $h_{dc} = \left(\frac{1}{8} \div \frac{1}{12}\right) L_{dc} = 863 \div 575\text{ mm} \to$ chọn $h_{dc} = 700\text{ mm}$; bề rộng $b_{dc} = \left(\frac{1}{2} \div \frac{1}{3}\right) h_{dc} = 350 \div 233,3\text{ mm} \to$ chọn $b_{dc} = 300\text{ mm}$.
Phần II: Tính toán và bố trí cốt thép bản sàn
Cắt một dải bản có bề rộng $b = 1\text{ m}$ theo phương cạnh ngắn, xem dải bản là dầm liên tục nhiều nhịp kê lên tường biên và các dầm phụ:
- Nhịp tính toán: nhịp biên $L_{0b} = 2070\text{ mm}$, nhịp giữa $L_0 = 2100\text{ mm}$.
- Xác định tải trọng: Tổng tĩnh tải tính toán $g_b = 3,36\text{ kN/m}^2$, hoạt tải tính toán $p_b = 11,28\text{ kN/m}^2$ (từ $p^{tc} = 9,4\text{ kN/m}^2$, hệ số $n = 1,2$), tổng tải trọng toàn phần $q_b = 14,64\text{ kN/m}^2$.
- Xác định nội lực và cốt thép:
- Nhịp biên và gối thứ 2: Mômen uốn $M = 5,7\text{ kNm}$, diện tích cốt thép yêu cầu $A_s = 416\text{ mm}^2$, hàm lượng cốt thép $\mu = 0,64%$ (thỏa mãn khoảng $0,3% \div 0,9%$). Chọn thép $\phi 8\text{ s}120$ ($a_s = 50,26\text{ mm}^2$).
- Nhịp giữa và gối giữa: Mômen uốn $M = 4,035\text{ kNm}$, diện tích cốt thép tính toán $A_s = 288\text{ mm}^2$. Nhờ liên kết 4 bên có dầm, diện tích cốt thép được giảm $20%$ còn $A_s = 230,4\text{ mm}^2$, $\mu = 0,354%$. Chọn thép $\phi 6\text{ s}120$ ($a_s = 28,27\text{ mm}^2$).
- Kiểm tra khả năng chịu lực cắt: $Q_{tB} = 18,183\text{ kN} < Q_{b\min} = 0,8 R_{bt} b_1 h_0$, bê tông tự chịu toàn bộ lực cắt, không cần đặt cốt đai.
- Cốt thép cấu tạo: Cốt thép phân bố đặt vuông góc với cốt thép chịu lực chọn $\phi 6\text{ s}250$ ($A_s = 113\text{ mm}^2$); cốt thép mũ đặt trên dầm chính chọn $\phi 8\text{ s}200$ ($A_s = 252\text{ mm}^2$).
Phần III: Tính toán và thiết kế dầm phụ
Dầm phụ gồm 3 nhịp đối xứng, kê lên dầm chính và tường biên, đoạn gối kê lên tường $S_d = 220\text{ mm}$:
- Nhịp tính toán: nhịp biên $l_{0b} = 5490\text{ mm}$, nhịp giữa $l_0 = 5400\text{ mm}$.
- Tải trọng tính toán: Tĩnh tải $g_{dp} = 9,488\text{ kN/m}$ (gồm trọng lượng bản thân $1,76\text{ kN/m}$ và tĩnh tải sàn truyền vào $7,728\text{ kN/m}$), hoạt tải $p_{dp} = 25,944\text{ kN/m}$, tổng tải trọng $q_{dp} = 35,432\text{ kN/m}$. Tỷ số $p_{dp} / g_{dp} = 2,734 \to k = 0,277$.
- Nội lực và cốt thép dọc:
- Nhịp biên: $M_{\max} = 97,181\text{ kNm}$, tính theo tiết diện chữ T ($b_f = 2000\text{ mm}$, trục trung hòa qua cánh), $A_s = 966\text{ mm}^2$, $\mu = 1,32%$. Bố trí $2\phi 20 + 1\phi 22$ ($A_s = 1008,5\text{ mm}^2$).
- Gối B: $M = 76,356\text{ kNm}$, tính theo tiết diện chữ nhật $200 \times 400\text{ mm}$, $A_s = 875\text{ mm}^2$, $\mu = 1,199%$. Bố trí $2\phi 18 + 1\phi 22$ ($A_s = 889,1\text{ mm}^2$).
- Nhịp giữa: $M_{\max} = 64,575\text{ kNm}$, tính theo tiết diện chữ T, $A_s = 639\text{ mm}^2$. Bố trí $2\phi 18 + 1\phi 18$ ($A_s = 763,4\text{ mm}^2$).
- Cốt thép đai chịu cắt: Lực cắt nguy hiểm nhất $Q_{\max} = 116,713\text{ kN}$ (tại bên trái gối B). Chọn đai $\phi 6$ hai nhánh, bố trí bước đai $s = 150\text{ mm}$ ở đoạn gần gối tựa và $s = 300\text{ mm}$ ở đoạn giữa nhịp.
- Neo và uốn cốt thép: Thanh số 2 ($1\phi 22$) ở nhịp biên được uốn lên gối B để vừa chịu mômen dương ở nhịp vừa chịu mômen âm ở gối. Cốt thép giá cấu tạo chọn $2\phi 12$ ($A_s = 226\text{ mm}^2 \ge 0,1% b h_0$).
Phần IV: Tính toán và thiết kế dầm chính
Dầm chính là dầm liên tục 4 nhịp kê lên cột và tường biên, nhịp tính toán $l = 6,9\text{ m}$:
- Tải trọng tập trung: Tĩnh tải $G = 65,847\text{ kN}$ (trọng lượng dầm chính $11,765\text{ kN}$ cộng tĩnh tải dầm phụ $54,082\text{ kN}$); Hoạt tải $P = 147,881\text{ kN}$.
- Nội lực và tổ hợp: Xây dựng các sơ đồ đặt hoạt tải $P_1$ đến $P_6$, lập biểu đồ bao mômen và bao lực cắt:
- Gối B: Mômen mép gối $M_{mg} = 418,404\text{ kNm}$, $A_s = 2851\text{ mm}^2$. Bố trí 2 hàng thép: $2\phi 22 + 2\phi 25 + 2\phi 28$ ($A_s = 2973,6\text{ mm}^2$).
- Gối C: Mômen mép gối $M_{mg} = 350,74\text{ kNm}$, $A_s = 2289\text{ mm}^2$. Bố trí $2\phi 28 + 2\phi 28$ ($A_s = 2463\text{ mm}^2$).
- Nhịp biên: $M_{\max} = 383,633\text{ kNm}$, tính theo tiết diện chữ T ($b_f = 2600\text{ mm}$), $A_s = 2164\text{ mm}^2$. Bố trí $2\phi 25 + 2\phi 28$ ($A_s = 2213,3\text{ mm}^2$).
- Nhịp 2: $M_{\max} = 276,95\text{ kNm}$, $A_s = 1564\text{ mm}^2$. Bố trí $2\phi 25 + 2\phi 22$ ($A_s = 1742,1\text{ mm}^2$).
- Khả năng chịu lực cắt và tính toán cốt xiên, cốt treo:
- Phía gần gối A: $Q_{PA} = 174,62\text{ kN}$, bố trí đai $\phi 8$ hai nhánh, bước $s = 230\text{ mm}$.
- Phía bên phải gối B: $Q_{BP} = 256,79\text{ kN} < Q_u = 266,29\text{ kN}$, bố trí đai $\phi 8$ hai nhánh, bước $s = 140\text{ mm}$, không cần đặt cốt xiên.
- Phía bên trái gối B: $Q_{TB} = 276,54\text{ kN} > Q_u = 266,29\text{ kN}$, bắt buộc bố trí 2 lớp cốt xiên nghiêng $45^\circ$: lớp thứ nhất đặt $2\phi 22$ ($A_{s.inc1} = 760\text{ mm}^2$), lớp thứ hai uốn thép dọc $2\phi 28$ ($A_{s.inc2} = 1231,5\text{ mm}^2$).
- Cốt treo gia cường nút giao dầm chính - dầm phụ: Chịu lực tập trung $P_1 = 201,963\text{ kN}$, diện tích cốt treo yêu cầu $A_{sw} = 721,3\text{ mm}^2$. Bố trí 8 đai $\phi 8$ hai nhánh, chia đều mỗi bên mép dầm phụ 4 đai với khoảng cách $s = 60\text{ mm}$ trong phạm vi $h_s = 240\text{ mm}$.
Thiết kế và triển khai kỹ thuật kết cấu
Bảng tổng hợp tải trọng và các lớp cấu tạo của bản sàn được thể hiện chi tiết dưới đây:
| Các lớp cấu tạo bản sàn |
Chiều dày / Quy cách |
Giá trị tiêu chuẩn ($kN/m^2$) |
Hệ số độ tin cậy ($n$) |
Giá trị tính toán ($kN/m^2$) |
| Lớp gạch lát |
dày $10\text{ mm}, \gamma = 20\text{ kN/m}^3$ |
$0,20$ |
$1,1$ |
$0,220$ |
| Lớp vữa lót |
dày $30\text{ mm}, \gamma = 18\text{ kN/m}^3$ |
$0,54$ |
$1,3$ |
$0,702$ |
| Bản bê tông cốt thép |
dày $80\text{ mm}, \gamma = 25\text{ kN/m}^3$ |
$2,00$ |
$1,1$ |
$2,200$ |
| Lớp vữa trát trần |
dày $10\text{ mm}, \gamma = 18\text{ kN/m}^3$ |
$0,18$ |
$1,3$ |
$0,234$ |
| Tổng tĩnh tải sàn ($g_b$) |
— |
$2,92$ |
— |
$3,356 \approx 3,36$ |
| Hoạt tải sàn ($p_b$) |
$p^{tc} = 9,4\text{ kN/m}^2$ |
$9,40$ |
$1,2$ |
$11,280$ |
| Tổng tải trọng toàn phần ($q_b$) |
— |
$12,32$ |
— |
$14,640$ |
Bố trí cốt thép dọc cấu kiện dầm
| Cấu kiện |
Tiết diện tính toán |
Mômen tính toán ($kNm$) |
$A_s$ yêu cầu ($mm^2$) |
Thép lựa chọn |
$A_s$ bố trí ($mm^2$) |
| Dầm phụ ($200 \times 400$) |
Nhịp biên |
$97,181$ |
$966,0$ |
$2\phi 20 + 1\phi 22$ |
$1008,5$ |
|
Gối B (Gối 2) |
$-76,356$ |
$875,0$ |
$2\phi 18 + 1\phi 22$ |
$889,1$ |
|
Nhịp giữa |
$64,575$ |
$639,0$ |
$2\phi 18 + 1\phi 18$ |
$763,4$ |
| Dầm chính ($300 \times 700$) |
Nhịp biên (Tiết diện 1) |
$383,633$ |
$2164,0$ |
$2\phi 25 + 2\phi 28$ |
$2213,3$ |
|
Trên gối B |
$-418,404$ |
$2851,0$ |
$2\phi 22 + 2\phi 25 + 2\phi 28$ |
$2973,6$ |
|
Nhịp giữa (Nhịp 2) |
$276,950$ |
$1564,0$ |
$2\phi 25 + 2\phi 22$ |
$1742,1$ |
|
Trên gối C |
$-350,740$ |
$2289,0$ |
$2\phi 28 + 2\phi 28$ |
$2463,0$ |
Mặt cắt lý thuyết và chiều dài đoạn neo/kéo dài cốt thép dầm chính
| Cốt thép / Vị trí |
Thao tác cắt / uốn |
Khả năng chịu lực $M_{td}$ ($kNm$) |
Vị trí mặt cắt lý thuyết |
Chiều dài đoạn kéo dài $W$ |
| Cốt thép số 4 (trái gối B) |
Cắt $2\phi 22$ còn $2\phi 25$ |
$179,62$ |
Cách gối B: $1838\text{ mm}$ |
$W_{4T} = 680\text{ mm}$ |
| Cốt thép số 2 (phải gối B) |
Cắt $2\phi 25$ còn $2\phi 22 + 2\phi 28$ |
$309,17$ |
Cách gối B: $906\text{ mm}$ |
$W_{2P} = 500\text{ mm}$ |
| Cốt thép số 4 (phải gối C) |
Cắt $2\phi 28$ còn $2\phi 28$ |
$209,01$ |
Cách gối C: $1639\text{ mm}$ |
$W_{4P} = 600\text{ mm}$ |
| Cốt thép số 5 (trái gối B) |
Cắt $2\phi 25$ còn $2\phi 28$ |
$200,39$ |
Cách gối B: $3107\text{ mm}$ |
$W_{5T} = 500\text{ mm}$ |
| Cốt thép số 6 (trái gối B) |
Cắt $2\phi 22$ còn $2\phi 25 + 2\phi 28$ |
$335,52$ |
Cách gối B: $627\text{ mm}$ |
$W_{6T} = 440\text{ mm}$ |
| Cốt thép số 6 (phải gối B) |
Cắt $2\phi 22$ còn $2\phi 28$ |
$200,39$ |
Cách gối B: $1610\text{ mm}$ |
$W_{6P} = 720\text{ mm}$ |
| Cốt thép số 8 (trái gối C) |
Cắt $2\phi 28$ còn $2\phi 28$ |
$200,09$ |
Cách gối C: $1297\text{ mm}$ |
$W_{8T} = 685\text{ mm}$ |
Kết quả và đóng góp
Kết quả kỹ thuật chính
- Thiết kế bản sàn tối ưu: Bản sàn dày $80\text{ mm}$ đảm bảo độ võng và khả năng chịu tải $q_b = 14,64\text{ kN/m}^2$. Lượng thép tính toán được giảm trừ $20%$ tại các nhịp giữa nhờ hiệu ứng vòm và liên kết 4 biên, bố trí $\phi 6\text{ s}120$ tiết kiệm khối lượng thép mà vẫn đảm bảo hàm lượng $\mu = 0,354%$.
- Kiểm soát khả năng chịu mômen uốn dầm phụ và dầm chính: Lựa chọn và bố trí thép đảm bảo hình bao vật liệu luôn bao phủ toàn bộ biểu đồ bao mômen ngoại lực. Khả năng chịu mômen tại các tiết diện nguy hiểm đều lớn hơn nội lực tác dụng:
- Dầm phụ giữa nhịp biên: $M_{td} = 102,687\text{ kNm} > M_{\max} = 97,181\text{ kNm}$.
- Dầm phụ trên gối B: $M_{td} = 78,404\text{ kNm} > M = 76,356\text{ kNm}$.
- Dầm chính giữa nhịp biên: $M_{td} = 397,19\text{ kNm} > M_{\max} = 383,633\text{ kNm}$.
- Dầm chính trên gối B: $M_{td} = 424,36\text{ kNm} > M_{mg} = 418,404\text{ kNm}$.
- Giải quyết triệt để bài toán chịu cắt và ứng suất cục bộ:
- Kiểm tra bê tông chịu ứng suất nén chính $Q_{\max} < 0,3 R_b b h_0$ thỏa mãn cho mọi cấu kiện.
- Bố trí cốt xiên $2\phi 22$ và uốn cốt dọc $2\phi 28$ tại vị trí lực cắt cực đại $Q_{TB} = 276,54\text{ kN}$ bên trái gối B dầm chính, nâng khả năng chịu cắt tổng cộng lên $454,78\text{ kN}$, đảm bảo an toàn tuyệt đối trên tiết diện nghiêng.
- Bố trí hệ thống 8 đai treo $\phi 8$ tại nút giao dầm phụ - dầm chính, triệt tiêu hoàn toàn nguy cơ phá hoại do lực giật đứt $P_1 = 201,963\text{ kN}$.
Đóng góp thực tiễn của giải pháp
- Thiết lập quy trình tính toán phối hợp chặt chẽ giữa hai phương pháp: sơ đồ khớp dẻo (áp dụng cho bản sàn, dầm phụ để tối ưu hóa vật liệu) và sơ đồ đàn hồi (áp dụng cho dầm chính để đảm bảo an toàn chịu lực tổng thể).
- Cung cấp đầy đủ các bảng tra cứu thông số cắt lý thuyết, đoạn neo và uốn cốt thép, giúp việc triển khai bản vẽ thi công kết cấu đạt độ chính xác cao.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
- Hạn chế về mô hình tính toán: Đồ án tính toán các dải bản và dầm theo mô hình phẳng 2D chịu tải trọng trọng trường tĩnh và hoạt tải đứng, chưa xét đến tương tác không gian 3D toàn khối của khung nhà cùng tác động của tải trọng ngang (gió động, động đất).
- Phạm vi số liệu: Các hệ số tính toán nội lực và tung độ biểu đồ bao được tra theo phụ lục bảng tra có sẵn cho lưới cột và nhịp chuẩn tắc; chưa áp dụng mô phỏng số phần tử hữu hạn để đối chiếu phân bố ứng suất cục bộ tại các vị trí tập trung ứng suất lớn quanh gối tựa.
- Hướng mở rộng: Nghiên cứu so sánh kết quả tính toán giải tích theo sơ đồ khớp dẻo/đàn hồi truyền thống với phương pháp phân tích phi tuyến phần tử hữu hạn (Nonlinear FEA), đồng thời tích hợp tính toán kiểm tra độ võng và vết nứt theo trạng thái giới hạn thứ hai.
Giá trị tham khảo
- Đối tượng sử dụng: Sinh viên ngành Kỹ thuật Xây dựng, Xây dựng Dân dụng & Công nghiệp đang thực hiện Đồ án Bê tông cốt thép 1 (Sàn sườn toàn khối có bản dầm) hoặc đồ án tốt nghiệp chuyên ngành kỹ thuật công trình.
- Nội dung tham khảo giá trị:
- Trình tự phân tích tải trọng phân lớp hoàn thiện sàn.
- Các bước tính toán cốt thép dầm chữ T có cánh nằm trong vùng nén ($b_f$).
- Quy trình kiểm tra khả năng chịu cắt trên tiết diện nghiêng, tính toán cốt xiên kết hợp cốt đai.
- Phương pháp tính cốt treo gia cường nút giao dầm chính - dầm phụ.
- Phương pháp giải tích xác định mặt cắt lý thuyết và chiều dài đoạn kéo dài $W$ để xây dựng biểu đồ bao vật liệu.
Câu hỏi thường gặp
1. Tại sao bản sàn trong đồ án được tính toán theo sơ đồ bản dầm thay vì bản kê bốn cạnh?
Do tỷ số giữa cạnh dài và cạnh ngắn của ô bản là $L_2 / L_1 = 5,7 / 2,3 = 2,48 > 2$. Theo nguyên lý kết cấu bê tông cốt thép, khi tỷ số hai cạnh lớn hơn 2, tải trọng tác dụng lên bản sàn truyền chủ yếu theo phương cạnh ngắn sang các dầm phụ, do đó bản được xem là làm việc một phương (bản dầm).
2. Tại sao diện tích cốt thép tại nhịp giữa và gối giữa của bản sàn được phép giảm 20%?
Các ô bản ở nhịp giữa và gối giữa được liên kết cứng ở cả 4 cạnh bởi hệ thống dầm phụ và dầm chính bao quanh. Hiệu ứng vòm không gian xuất hiện làm giảm ứng suất kéo ở giữa ô bản, do đó quy chuẩn cho phép giảm tối đa $20%$ diện tích cốt thép tính toán ($A_s$ giảm từ $288\text{ mm}^2$ xuống $230,4\text{ mm}^2$).
3. Tại sao tại vị trí bên trái gối B của dầm chính phải bố trí cốt xiên trong khi bên phải gối B thì không?
Tại bên phải gối B, lực cắt tính toán là $Q_{BP} = 256,79\text{ kN} < Q_u = 266,29\text{ kN}$ (khả năng chịu cắt của bê tông kết hợp cốt đai $\phi 8\text{ s}140$), nên cốt đai đủ khả năng chịu cắt. Ngược lại, tại bên trái gối B, lực cắt đạt $Q_{TB} = 276,54\text{ kN} > Q_u = 266,29\text{ kN}$, vượt quá khả năng chịu lực của cốt đai và bê tông, bắt buộc phải bố trí thêm 2 lớp cốt xiên ($2\phi 22$ và uốn $2\phi 28$) để chống trượt và phá hoại trên tiết diện nghiêng.
4. Cốt treo tại vị trí liên kết dầm phụ vào dầm chính được tính toán dựa trên cơ sở nào?
Cốt treo được thiết kế để chống lại lực giật đứt cục bộ $P_1 = 201,963\text{ kN}$ do phản lực tập trung từ dầm phụ truyền vào phần dưới của dầm chính. Cốt treo được tính toán với chiều cao truyền lực $h_s = h_0 - h_{dp} = 640 - 400 = 240\text{ mm}$, bố trí 8 đai $\phi 8$ hai nhánh ($s = 60\text{ mm}$, mỗi bên mép dầm phụ đặt 4 đai) trong phạm vi $h_s$.
Kết luận
Đồ án đã hoàn thành toàn diện nhiệm vụ thiết kế hệ kết cấu sàn sườn bê tông cốt thép toàn khối loại bản dầm cho công trình nhà dân dụng, bao gồm các cấu kiện bản sàn, dầm phụ và dầm chính. Việc kết hợp hợp lý giữa sơ đồ khớp dẻo cho bản sàn, dầm phụ và sơ đồ đàn hồi cho dầm chính mang lại giải pháp kết cấu an toàn, tiết kiệm vật liệu và đáp ứng đầy đủ các điều kiện bền trên tiết diện thẳng góc lẫn tiết diện nghiêng. Toàn bộ các quy trình tính toán nội lực, bố trí cốt thép dọc, cốt đai, cốt xiên, cốt treo và xác định hình bao vật liệu đều được trình bày rõ ràng, chuẩn xác theo lý thuyết kết cấu bê tông cốt thép hiện hành.
