1, Phương pháp tính

Các phương pháp tính toán cơ bản:

§  Phương pháp lực: Một phương pháp cơ bản để tính các hệ siêu tĩnh, trong đó phản lực trong các liên kết thừa (x. Hệ siêu tĩnh) được chọn làm ẩn số.

§  Phương pháp chuyển vị: một phương pháp cơ bản để tính các hệ siêu động, đồng thời là siêu tĩnh. Theo phương pháp này, chuyển vị độc lập chưa biết tại các nút được chọn làm ẩn số.

§  Phương pháp chuyển vị cổ điển

§  Phương pháp tính máy

2, Các loại tải trọng và tác động tác dụng lên công trình

Phân loại tải trọng

Có nhiều loại lực tác động vào kết cấu công trình, ứng với mỗi loại là các loại tải trọng.

Tải trọng tĩnh

Tải trọng tĩnh là lực đặt tĩnh tại trong suốt quá trình làm việc của kết cấu, nằm ở trên, hay bên trong (tức trọng lực của chính kết cấu), của kết cấu công trình.

Ví dụ:

§  Trọng lượng của các lớp hoàn thiện (trát, lát,...) cùng trọng lượng của bản thân kết cấu sàn bê tông cốt thép, là tĩnh tải tác dụng lên kết cấu sàn bê tông cốt thép.

§  Trọng lượng của bê tông cốt thép sàn cùng trọng lượng của hệ khuôn đúc sàn, là tĩnh tải tác dụng lên kết cấu khuôn đúc sàn.

Tải trọng động

Tải trọng động là lực gây ra do các vật thể bên ngoài kết cấu tác động vào kết cấu công trình trong khi chúng đang chuyển động có hướng vào kết cấu công trình. và gây ra gia tốc chuyển vị cho các phần tử của kết cấu.

Thí dụ: trọng lực người di chuyển trên công trình kiến trúc sẽ là tải trọng động.

Tải trọng gió

Tải trọng gió là lực đẩy ngang của gió, tác động vào công trình xây dựng. Tải trọng gió là một loại tải trọng động đặc biệt.

3, thực chất của BTCT

I. Kh¸i niÖm chung:

            1. Kh¸i niÖm: Bªt«ng cèt thÐp (BTCT) lµ mét lo¹i vËt liÖu x©y dùng phøc hîp do bª t«ng vµ cèt thÐp cïng kÕt hîp chÞu lùc víi nhau. Trong ®ã:

a) Bª t«ng (BT): ®­îc chÕ t¹o tõ Xi m¨ng + C¸t + §¸ r¨m (hoÆc sái).

- §Æc ®iÓm:

            *) ChÞu nÐn tèt => Chøc n¨ng chñ yÕu trong kÕt cÊu BTCT lµ chÞu nÐn. 

            *) ChÞu kÐo kÐm vµ lµ vËt liÖu gißn

b) Cèt thÐp (CT): Lµ mét l­îng thÐp ®­îc ®Æt hîp lý trong BT (c¶ vÞ trÝ lÉn sè l­îng)

- §Æc ®iÓm:      *) ChÞu kÐo rÊt tèt => §Æt vµo vïng chÞu kÐo cña cÊu kiÖn

                        *) ChÞu nÐn rÊt tèt => §Æt trong c¸c cÊu kiÖn chÞu nÐn (Cét, thanh nÐn cña dµn v.v..) vµ trong vïng nÐn cña cÊu kiÖn chÞu uèn. Môc ®Ých lµ t¨ng kh¶ n¨ng chÞu lùc lµ gi¶m kÝch th­íc tiÕt diÖn bª t«ng.

            2. ThÝ nghiÖm: XÐt thÝ nghiÖm trªn hai dÇm cïng kÝch th­íc, cïng chÕ t¹o tõ mét lo¹i BT

+) Kh«ng ®Æt cèt thÐp:

- P nhá => DÇm nguyªn vÑn

- P ­,  => DÇm b¾t ®Çu nøt

- P = P1 => , vÕt nøt lan dÇn lªn phÝa trªn, dÇm bÞ g·y => L·ng phÝ kh¶ n¨ng chÞu nÐn cña BT

+) Cã ®Æt cèt thÐp:

- P nhá => DÇm nguyªn vÑn

- P ­, P = Pnøt => DÇm b¾t ®Çu nøt

- P ­ tiÕp => cèt thÐp ng¨n c¶n vÕt nøt

- P = P2,,  => NÕu P ­ tiÕp => DÇm ph¸ ho¹i nh­ng c­êng ®é vËt liÖu ®­îc sö dông hÕt => TiÕt kiÖm

3. NhËn xÐt:  Nhê cã cèt thÐp mµ kh¶ n¨ng lµm viÖc cña vËt liÖu ®­îc khai th¸c hÕt (;). Nh­ vËy viÖc dïng kÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp ®¹t ®­îc 2 môc ®Ých lµ:

                        *) TiÕt kiÖm vËt liÖu

                        *) T¨ng kh¶ n¨ng chÞu lùc so víi bª t«ng th«ng th­êng ()

II. Nguyªn nh©n ®Ó BT vµ CT  kÕt hîp lµm viÖc ®­îc víi nhau:

- Gi÷a BT vµ CT cã lùc dÝnh: Sau khi BT ®«ng cøng nã «m chÆt lÊy CT t¹o nªn lùc dÝnh. Lùc dÝnh cã ý nghÜa quan träng hµng ®Çu víi BTCT v× nhê nã mµ øng lùc cã thÓ truyÒn tõ BT sang CT vµ ng­îc l¹i. Tõ ®ã:

            *) C­êng ®é cña BT vµ CT ®­îc khai th¸c hÕt

            *) BÒ réng khe nøt trong vïng kÐo ®­îc h¹n chÕ.

- Gi÷a BT vµ CT kh«ng x¶y ra ph¶n øng ho¸ häc. H¬n n÷a BT cßn bao bäc b¶o vÖ CT khái t¸c dông ¨n mßn cña m«i tr­êng.

- BT vµ cèt thÐp cã hÖ sè gi·n në nhiÖt gÇn b»ng nhau (/ ®é;

/ ®é). Do ®ã khi tkl < 100C => Trong cÊu kiÖn xuÊt hiÖn néi øng suÊt rÊt nhá, kh«ng ph¸ ho¹i lùc dÝnh gi÷a BT vµ CT.

4,  Phaan loai, uwu nhuwowcj ddieemr vaf phamj vi sd cuar BTCT

I. Ph©n lo¹i theo ph­¬ng ph¸p thi c«ng (3lo¹i):

            1. BTCT toµn khèi (BTCT ®æ t¹i chç):

- L¾p ®Æt cèp pha, cèt thÐp vµ ®æ BT t¹i vÞ trÝ thiÕt kÕ cña kÕt cÊu.

- ¦u ®iÓm:                   *) §é cøng cña kÕt cÊu lín

                                    *) ChÞu lùc ®éng tèt

- Nh­îc ®iÓm:  *) Tèn v¸n khu«n, c©y chèng

                                    *) Thi c«ng chÞu ¶nh h­ëng nhiÒu vµo thêi tiÕt.

            2. BTCT l¾p ghÐp:

- Ph©n kÕt cÊu thµnh c¸c cÊu kiÖn riªng biÖt ®Ó s¶n xuÊt t¹i nhµ m¸y hoÆc s©n b·i. Sau ®ã vËn chuyÓn ®Õn c«ng tr­êng, dïng cÇn trôc l¾p ghÐp vµ nèi c¸c cÊu kiÖn thµnh kÕt cÊu t¹i vÞ trÝ thiÕt kÕ.

- ¦u ®iÓm:                   *) Cã kh¶ n¨ng c«ng nhgiÖp ho¸ cao

                                    *) T¨ng n¨ng suÊt lao ®éng, rót ng¾n ®­îc thêi gian thi c«ng

                                    *) TiÕt kiÖm v¸n khu«n, c©y chèng

- Nh­îc diÓm:  *) §é cøng tæng thÓ cña kÕt cÊu kÐm h¬n toµn khèi

                                    *) Tèn kÐm trong c«ng t¸c vËn chuyÓn cÈu l¾p

                                    *) Tèn kÐm vËt t­ liªn kÕt

            3.  BTCT nöa l¾p ghÐp:

- L¾p ghÐp c¸c cÊu kiÖn ®­îc chÕ t¹o ch­a hoµn chØnh. Sau ®ã ®Æt thªm cèt thÐp, ghÐp cèp pha vµ ®æ BT phÇn cßn l¹i vµ mèi nèi.

- ¦u ®iÓm:                   *) §é cøng cña kÕt cÊu cao h¬n so víi kÕt cÊu l¾p ghÐp

                                    *) Gi¶m cèp pha c©y chèng.

- Nh­îc diÓm:  *) S¶n xuÊt, vËn chuyÓn vµ l¾p ghÐp phøc t¹p

                                    *) Tèn c«ng xö lý mÆt tiÕp xóc gi÷a BT cò vµ míi.

II. Nh­îc vµ biÖn ph¸p kh¾c phôc:

- Träng l­îng b¶n th©n lín, nªn víi BTCT th­êng khã v­ît ®­îc nhÞp lín.

            *) Kh¾c phôc: Sö dông BTCT ¦LT hoÆc kÕt cÊu vá máng v.v...

- C¸ch ©m, c¸ch nhiÖt kÐm.

            *) Kh¾c phôc: Dïng kÕt cÊu cã lç rçng khi cã yªu cÇu c¸ch ©m, c¸ch nhiÖt

- Thi c«ng BTCT toµn khèi t­¬ng ®èi phøc t¹p chÞu ¶nh h­ëng nhiÒu vµo thêi tiÕt vµ kiÓm tra chÊt l­îng khã kh¨n.

            *) Kh¾c phôc theo c¸c c¸ch sau:

                        +) Dïng BTCT l¾p ghÐp

                        +) C«ng x­ëng ho¸ c«ng t¸c trén BT, v¸n khu«n vµ cèt thÐp

                        +) C¬ giíi ho¸ kh©u thi c«ng BT (Dïng cÇn trôc, b¬m BT, v.v...)

- BTCT dÔ cã khe nøt lµm ¶nh h­ëng tíi chÊt l­îng vµ tuæi thä cña kÕt cÊu.

          *) Kh¾c phôc theo c¸c c¸ch sau:

                        +) Dïng BTCT ¦LT

                        +) TÝnh to¸n, cÊu t¹o vµ thi c«ng hîp lý ®Ó h¹n chÕ bÒ réng khe nøt.

III. Ph¹m vi sö dông:

- BTCT ®­îc sö dông phæ biÕn trong x©y dùng d©n dông, c«ng nghiÖp, giao th«ng vµ quèc phßng

5, Biến dạng của BTCT

- Bª t«ng cã c¸c lo¹i biÕn d¹ng sau:

1. BiÕn d¹ng do t¸c dông cña t¶i träng

            *) BiÕn d¹ng do t¶i träng t¸c dông ng¾n h¹n

            *) BiÕn d¹ng do t¶i träng t¸c dông dµi h¹n

2. BiÕn d¹ng khèi: Lµ biÕn d¹ng do co ngãt vµ do sù thay ®æi cña nhiÖt ®é.

I. BiÕn d¹ng do co ngãt:

1) Kh¸i niÖm:

- Co ngãt lµ hiÖn t­îng BT gi¶m thÓ tÝch khi kh« cøng trong kh«ng khÝ do:

          *) N­íc thõa bay h¬i

          *) Sau qu¸ tr×nh thuû ho¸ ®¸ xi m¨ng gi¶m thÓ tÝch.

=> Chó ý:

- BiÕn d¹ng co ngãt cña BT ®æ t¹i chç víi ®é sôt  cã gi¸ trÞ lín h¬n nhiÒu.

- Khi ®«ng cøng trong n­íc, BT t¨ng thÓ tÝch víi møc ®é t¨ng xÊp xØ b»ng         () møc ®é gi¶m thÓ tÝch khi ®«ng cøng trong kh«ng khÝ.

2)  §Æc ®iÓm cña biÕn d¹ng co ngãt:

- Co ngãt x¶y ra chñ yÕu ë giai ®o¹n ®«ng cøng ®Çu tiªn vµ trong n¨m ®Çu. Råi gi¶m dÇn vµ dõng h¼n sau vµi n¨m

- Tõ bÒ mÆt vµo s©u khèi BT, sù co ngãt x¶y ra kh«ng ®Òu, ë ngoµi co ngãt nhiÒu h¬n

- CÊu kiÖn cã bÒ mÆt lín so víi thÓ tÝch (sµn, t­êng, …) cã ®é co ngãt lín.

3)  Nh÷ng nh©n tè chÝnh ¶nh h­ëng ®Õn co ngãt:

- Sè l­îng vµ lo¹i xi m¨ng:

          +) BT nhiÒu XM => co ngãt lín

          +) BT dïng XM m¸c cao => co ngãt lín

          +) BT dïng XM Alumilat => co ngãt lín

- Tû lÖ  lín => Co ngãt lín.

- C¸t h¹t nhá, sái xèp => co ngãt lín.

- BT dïng chÊt phô gia ®«ng kÕt nhanh => co ngãt lín.

- BT ®­îc ch­ng hÊp ë ¸p lùc cao => co ngãt Ýt.

- Trong m«i tr­êng kh« co ngãt nhiÒu h¬n trong m«i tr­êng Èm.

4)  HËu qu¶ cña co ngãt:

- Lµm thay ®æi kÝch th­íc vµ h×nh d¹ng cÊu kiÖn

- Do co ngãt kh«ng ®Òu hoÆc khi co ngãt bÞ c¶n trë, BT sÏ bÞ nøt lµm gi¶m c­êng ®é vµ tÝnh chèng thÊm cña BT.

5)  BiÖn ph¸p h¹n chÕ vµ kh¾c phôc hËu qu¶ cña co ngãt:

- Chän cÊp phèi, thµnh phÇn cì h¹t vµ tÝnh n¨ng c¬ häc cña vËt liÖu thÝch hîp

- Sö dông lo¹i XM co ngãt Ýt;  thÝch hîp

- B¶o d­ìng ®óng yªu cÇu kü thuËt, ®¶m b¶o cho BT th­êng xuyªn Èm ë giai ®o¹n ®«ng cøng ban ®Çu

- §Çm ®óng kü thuËt, ®¶m b¶o cho BT ®Æc ch¾c vµ ®ång ®Òu

- §Æt thÐp cÊu t¹o ë nh÷ng vÞ trÝ cÇn thiÕt

- T¹o m¹ch ngõng thi c«ng (thÝ dô ®æ BT cét xong míi ghÐp cèp pha sµn) vµ tæ chøc khe co gi·n trong kÕt cÊu (Khe nhiÖt ®é khi kÝch th­íc mÆt b»ng c«ng tr×nh lín; khe ph©n c¸ch trªn mÆt ®­êng bé, s©n bay).

II.  BiÕn d¹ng do t¶i träng t¸c dông ng¾n h¹n

- Bª t«ng kh«ng ph¶i lµ vËt liÖu ®µn håi hoµn toµn mµ lµ vËt liÖu ®µn håi dÎo. Nã bao gåm 2 phÇn:

          -) Mét phÇn biÕn d¹ng phôc håi ®­îc  BiÕn d¹ng ®µn håi

          -) Mét phÇn biÕn d¹ng kh«ng phôc håi ®­îc BiÕn d¹ng dÎo

=> BT lµ vËt liÖu ®µn håi - dÎo    

III. BiÕn d¹ng do t¶i träng t¸c dông dµi h¹n – TÝnh tõ biÕn cña bª t«ng

- Tõ biÕn lµ tÝnh biÕn d¹ng t¨ng theo thêi gian trong khi ¦S kh«ng thay ®æi.

2.  §Æc ®iÓm cña tõ biÕn:

- Trong vµi ba th¸ng ®Çu biÕn d¹ng tõ biÕn t¨ng nhanh sau chËm dÇn vµ cã thÓ kÐo dµi vµi chôc n¨m (th­êng 3  4 n¨m).

- Khi , biÕn d¹ng tõ biÕn cã giíi h¹n (§å thÞ h×nh 2.3b cã tiÖm c©n ngang)

- Khi  > 0,85R, biÕn d¹ng tõ biÕn t¨ng kh«ng ngõng vµ dÉn ®Õn ph¸ ho¹i mÉu thö. §ã lµ sù gi¶m c­êng ®é cña BT khi t¶i träng t¸c dông l©u dµi.

 (Gi¶i thÝch: Trong qu¸ tr×nh sö dông kÕt cÊu: << ; = chØ lµ t¹m thêi nªn kh«ng g©y ra biÕn d¹ng tõ biÕn).

3. X¸c ®Þnh tõ biÕn:

- Tõ biÕn lµ hiÖn t­îng phøc t¹p. Cã thÓ x¸c ®Þnh theo mét trong hai chØ tiªu sau:

          *) §Æc tr­ng tõ biÕn: , kh«ng thø nguyªn.

          *) SuÊt tõ biÕn:    ( hoÆc )

- C¶ hai chØ tiªu ®Òu t¨ng theo thêi gian. Víi thêi gian kh¸ dµi  (), ®¹t gi¸ trÞ æn ®Þnh, t­¬ng øng:.

IV. BiÕn d¹ng nhiÖt:

- BiÕn d¹ng nhiÖt lµ sù thay ®æi thÓ tÝch cña BT khi nhiÖt ®é thay ®æi. Nã phô thuéc vµo hÖ sè d·n në nhiÖt cña BT . HÖ sè  phô thuéc vµo lo¹i XM, cèt liÖu, ®é Èm cña BT vµ cã gi¸ trÞ b»ng: . 10-5/®é

- Th«ng th­êng khi , lÊy ®é ®Ó tÝnh to¸n

6, Nguyên tắc cấu tạo của cấu kiện BTCT

Trong thiết kế kết cấu bêtông cốt thép, cấu tạo là vấn đề rất quan trọng và mang nhiều ý nghĩa. Vì vậy khi tiến hành xây dựng người ta đặc biệt chú trọng đến vấn đề này.

Chọn hình dáng và kích thước tiết diện ngang của kết cấu điện ( dầm, cột, panen, tấm tường v.v…) hợp lý sẽ vừa tăng cường khả năng chịu lực, vừa tiết kiệm vật liệu lại đảm bảo mỹ quan cho công trình. Chọn hình dáng và kích thước tiết diện cần phải xuất phát từ điều kiện thi công thực tế, ví dụ như không thể mang tiết diện chữ I của dầm lắp ghép để áp đặt cho một kết cấu đổ tại chỗ trên độ cao hàng chục mét. Kích thước tiết diện còn phải phù hợp với việc định hình hóa ván khuôn.

Hình ảnh minh họa.

họn hình dáng và kích thước tiết diện cũng phải thỏa mãn các yêu cầu về chống thấm và xét đến các yếu tố ăn mòn của môi trường.

Cốt thép dọc theo tiết diện phải được bố trí theo các yêu cầu về khoảng cách tối thiểu và tối đa đối với từng loại kết cấu kiện và phụ thuộc vào cách đổ bêtông ( toàn khối hay lắp ghép, đổ bêtông khi cấu kiện dựng đứng hay nằm ngang v.v…).

Chọn đường kính cốt thép thích hợp sẽ làm thay đổi số lượng thanh thép trong tiết diện do đó khống chế được khoảng cách cốt thép theo yêu cầu. Cần lưu ý rằng với một diện tích cốt thép nhất định, dùng đường kính bé ( số thanh thép sẽ tăng lên ) sẽ làm tăng bề mặt dính giữa bêtông và cốt thép, hạn chế được bề rộng khe nứt. Do đó phải thận trọng trong việc chọn số lượng và đường kính cốt thép trong một tiết diện.

Khi kéo dài cốt thép từ cấu kiện này sang cấu kiện khác phải chú ý đến điểm dừng thi công, vừa phải đảm bảo yêu cầu chịu lực, vừa phải đảm bảo dễ thi công.

Các chi tiết nối phải được nghiên cứu thận trọng để đảm bảo dễ thi công và do đó dễ đảm bảo chất lượng. Đổ bêtông vào mối nối, hàn các chi tiết thép ở các mối nối là những việc khó. Cần đảm bảo đổ bêtông dễ dàng và không phải hàn ngửa.

Phải đảm bảo các quy định về neo, uốn, nối cốt thép,khoảng cách cốt đai ở khu vực mối nối.

Trong kết cấu bêtông cốt thép, ngoài cốt thép được đặt theo tính toán để chịu các loại nội lực tính được theo tải trọng và sơ đồ kết cấu đã vạch ra, cần phải đặt nhiều loại cốt thép cấu tạo.

Khi phải thiết một kết cấu với những chi tiết cấy tạo hay hình dạng tiết diện khác lạ cũng như những cấu kiện được sản xuất hàng loạt thì ngoài việc tính toán và cấu tạo theo tiêu chuẩn và những nguyên tắc cơ bản cần phải tiến hành thí nghiệm mô hình với kích thước càng gần với kết cấu thật càng tốt để có những số liệu thực về độ võng, về sự hình thành và phát triển khe nứt và tải trọng phá hoại, qua đó kiểm tra sự đúng đắn của công việc tính toán và những chi tiết cấu tạo đã được sử dụng, sửa chữa những sai sót khó tránh khỏi về cấu tạo cốt thép khi làm một kết cấu mới

7, D2 cau tao cua cau kien chiu uon

I. §Æc ®iÓm cÊu t¹o b¶n:

1. KÝch th­íc:

- Trong kÕt cÊu nhµ cöa:

,  = 2  6m (Cã thÓ 8  9m)

h = 6 15cm (Cã thÓ 20  22cm)

- Trong c¸c kÕt cÊu kh¸c:

Cã thÓ lín h¬n hoÆc nhá h¬n.

2. VËt liÖu:

- Bª t«ng:

     Th­êng cã cÊp ®é bÒn B12,54B25

- Cèt thÐp:

a. Cèt chÞu lùc 1:

- Nhãm thÐp: CI; CII; AI, AII

- §­êng kÝnh: d = 5  12  th­êng sö dông

- VÞ trÝ: §Æt trong miÒn kÐo, xa trôc T.H h¬n so víi cèt cÊu t¹o.

- Sè l­îng: ®­îc ®Æc tr­ng bëi nhãm thÐp, ®­êng kÝnh vµ kho¶ng c¸ch. §­îc x¸c ®Þnh theo M.

- Theo quy ®Þnh cÊu t¹o:

            -) : §Ó dÔ thi c«ng

-) : Khi

-) : Khi

(§¶m b¶o bª t«ng kÕt hîp lµm viÖc tèt víi cèt thÐp)

b. Cèt cÊu t¹o 2: 

- T¸c dông cña cèt cÊu t¹o:

            -) §Þnh vÞ cèt chÞu lùc

            -) Ph©n phèi lùc tËp trung P

            -) ChÞu øng suÊt do co ngãt vµ do

- §Æc ®iÓm cÊu t¹o:

            -) Th­êng sö dông nhãm CI, CII

            -) §Æt vu«ng gãc víi cèt chÞu lùc

            -) L­îng thÐp:

            -) a 35cm, th­êng a = 25 30cm

- Víi thÝ nghÖm trªn, tõ khi ®Æt t¶i ®Õn khi dÇm bÞ ph¸ ho¹i, tr¹ng th¸i ¦S - BD trªn tiÕt diÖn th¼ng gãc chia lµm 3 giai ®o¹n:

                     . Giai ®o¹n I:

- Khi q nhá (M nhá), quan hÖ ¦S - BD gÇn nh­ bËc nhÊt (BiÓu ®å ¦S ph¸p cã d¹ng tam gi¸c) => VËt liÖu lµm viÖc ®µn håi. Tr¹ng th¸i ¦S - BD t­¬ng øng lµ tr¹ng th¸i I (H×nh a)

       => Tr¹ng th¸i I (H×nh a)

- Khi q t¨ng (M t¨ng) => BiÕn d¹ng dÎo trong BT ph¸t triÓn, biÓu ®å ¦S ph¸p cã d¹ng ®­êng cong. Khi BT miÒn kÐo s¾p söa nøt:

       => Tr¹ng th¸i Ia (H×nh b)

- T¶i träng t­¬ng øng:        

- Néi lùc t­¬ng øng:  

=> §iÒu kiÖn ®Ó miÒn kÐo kh«ng nøt:

          -) Theo t¶i träng:     

          -) Theo néi lùc:       

  => Tr¹ng th¸i Ia lµ c¬ së ®Ó tÝnh to¸n kh«ng cho phÐp nøt.

II. Giai ®o¹n II:

- Khi q t¨ng th× BT miÒn kÐo bÞ nøt, toµn bé lùc kÐo do cèt thÐp chÞu. T¹i thêi ®iÓm nµy:

       => Tr¹ng th¸i II (H×nh c)

- Khi q tiÕp tôc t¨ng, nÕu l­îng cèt thÐp hîp lý (§óng vÞ trÝ vµ ®óng l­îng) th× 

       => Tr¹ng th¸i IIa (H×nh d)

III. Giai ®o¹n III (Giai ®o¹n ph¸ ho¹i):

1. Tr¹ng th¸i giíi h¹n (TTGH) vÒ c­êng ®é trªn tiÕt diÖn th¼ng gãc:

- Khi q t¨ng (M t¨ng) => Khe nøt më réng dÇn, cèt thÐp ng¨n c¶n sù më réng khe nøt, vïng BT chÞu nÐn thu hÑp

- Khi ®ã:  (Cèt thÐp ®ang ë thÒm ch¶y) vµ

=> TiÕt diÖn ë TTGH vÒ c­êng ®é (H×nh e).

- T¶i träng t­¬ng øng:

- Néi lùc t­¬ng øng:  

- §iÒu kiÖn ®Ó tiÕt diÖn kh«ng bÞ ph¸ ho¹i trªn tiÕt diÖn th¼ng gãc lµ:

          -) Theo t¶i träng:

          -) Theo néi lùc:  

=> §©y lµ c¬ së ®Ó tÝnh to¸n theo c­êng ®é trªn tiÕt diÖn th¼ng gãc

2. Sù ph¸ ho¹i kÕt cÊu:

a) Ph¸ ho¹i dÎo (Tr­êng hîp ph¸ ho¹i thø nhÊt):

- Khi tiÕt diÖn ®· ë TTGH vÒ c­êng ®é, nÕu q t¨ng (hoÆc ; hoÆc ; hoÆc ®ång thêi  vµ ) => KÕt cÊu bÞ ph¸ ho¹i

b) Ph¸ ho¹i gißn (Tr­êng hîp ph¸ ho¹i thø hai):

*) Tr­êng hîp cèt thÐp qu¸ nhiÒu:

- Khi BT miÒn kÐo nøt, nÕu CT qu¸ nhiÒu th×  khi q t¨ng: ;  

=> KÕt cÊu bÞ ph¸ ho¹i rÊt ®ét ngét tõ vïng nÐn (Ph¸ ho¹i gißn)

- Tr­êng hîp nµy cÇn tr¸nh v×:

          -) Sù ph¸ ho¹i x¶y ra khi biÕn d¹ng cßn nhá, khã ®Ò phßng

          -) Kh¶ n¨ng lµm viÖc cña cèt thÐp vïng kÐo míi ®­îc khai th¸c rÊt Ýt (L·ng phÝ thÐp)

*)  Tr­êng hîp cèt thÐp qu¸ Ýt:

- Ngay sau khi BT vïng kÐo nøt, q t¨ng:;  => Cèt thÐp ®ét ngét ®øt, dÇm bÞ ph¸ ho¹i ngay tøc kh¾c

- Tr­êng hîp nµy cÇn tr¸nh v×:

          -) Sù ph¸ ho¹i x¶y ra rÊt ®ét ngét, khã ®Ò phßng

          -) Kh¶ n¨ng lµm viÖc cña BT vïng nÐn ch­a ®­îc khai th¸c (L·ng phÝ BT).

*) Chó ý:

- Khi sö dông kÕt cÊu, ¦S th­êng chØ ®¹t ®Õn giai ®o¹n II. Nªn ng­êi ta lÊy giai ®o¹n II lµm c¬ së ®Ó tÝnh to¸n kiÓm tra sù lµm viÖc b×nh th­êng cña kÕt cÊu (TÝnh ®é vâng vµ bÒ réng khe nøt)

9, Trình bày cấu tạo chung của cấu kiện chịu nén

III. CÊu t¹o cèt thÐp

1. Quy ®Þnh vÒ bè trÝ cèt thÐp:

- §èi víi cÊu kiÖn chÞu nÐn ®óng t©m: 

- §èi víi cÊu kiÖn chÞu nÐn lÖch t©m: 

- Trong ®ã:

                   1- Cèt däc chÞu lùc                            2. Cèt ®ai chÝnh

                   3- Cèt ®ai phô                                    4. Cèt däc cÊu t¹o

- Yªu cÇu chung:

          -) Cèt ®ai ph¶i bao quanh toµn bé cèt däc

          -) C¸ch mét cèt däc ph¶i cã mét cèt däc n»m ë gãc ®ai trõ tr­êng hîp ®Æc biÖt lµ trªn c¹nh cã [ 4 thanh ®ång thêi kÝch th­íc c¹nh ®ã [ 400

a) Cèt däc chÞu lùc:

- §­êng kÝnh cèt thÐp:

- Khi c¹nh cña tiÕt diÖn  th× nªn chän

*) §èi víi cÊu kiÖn chÞu nÐn lÖch t©m

          -)  - Cèt thÐp ®Æt trªn c¹nh chÞu nÐn nhiÒu

          -)  - Cèt thÐp ®Æt trªn c¹nh chÞu kÐo hoÆc chÞu nÐn Ýt h¬n

          -) - Cèt thÐp ®­îc ®Æt ®èi xøng

- Cèt thÐp ®­îc ®Æt ®èi xøng trong c¸c tr­êng hîp:

          -) M«men theo 2 chiÒu lµ xÊp xØ nhau (M(+) ≈ M(-))

          -) CÊu kiÖn l¾p ghÐp cã h×nh d¹ng bªn ngoµi ®èi xøng

- §Æt  vµ

- Trong ®ã lµ diÖn tÝch lµm viÖc cña tiÕt diÖn

- Yªu cÇu:

          -) , vµ

          -)  §Ó tiÕt kiÖm cèt thÐp

          -)  §Ó b¶o ®¶m sù kÕt hîp lµm viÖc gi÷a bª t«ng vµ cèt thÐp

- Th«ng th­êng lÊy

- Theo TCVN 356 - 2005 gi¸ trÞ  vµ ®­îc cho trong b¶ng:

0,05

0,1

0,2

0,25

- Chó ý: Khi sö dông qu¸ 50% kh¶ n¨ng chÞu lùc cña cÊu kiÖn th×  kh«ng phô thuéc vµo

*) §èi víi cÊu kiÖn chÞu nÐn ®óng t©m

- Cèt däc th­êng ®Æt ®èi xøng qua 2 trôc tiÕt diÖn

- Gäi Ab lµ diÖn tÝch tiÕt diÖn

- Hµm l­îng cèt thÐp tæng:  vµ

- Yªu cÇu:  vµ th­êng lÊy

b) Cèt ®ai:

*) T¸c dông cña cèt ®ai:

- Gi÷ æn ®Þnh cho cèt däc chÞu nÐn

- Gi÷ vÞ trÝ cho c¸c thanh cèt däc khi ®æ bª t«ng

- T¨ng c­êng kh¶ n¨ng chÞu nÐn vµ chÞu c¾t cho cÊu kiÖn, c¶n trë sù në h«ng

*) CÊu t¹o cña cèt ®ai:

1- Trong khung cèt buéc:

- Nhãm thÐp: th­êng sö dông cèt thÐp nhãm CI hoÆc CII

- §­êng kÝnh ®ai:

- Kho¶ng c¸ch c¸c ®ai:

          -) Trong ®o¹n nèi chång cèt däc:

          -) Ngoµi ®o¹n nèi chång: 

                   +) Khi  th× lÊy K = 15 vµ a0 = 500mm

                   +) Khi  th× lÊy K = 12 vµ a0 = 400mm

                   +) Khi  hoÆc khi toµn bé tiÕt diÖn chÞu nÐn vµ  th× lÊy K = 10 vµ a0 = 300mm ®ång thêi mäi cèt däc ®Òu ph¶i n»m ë gãc ®ai

10, Thực chất ưu nhược điểm của  BTCT ứng lực trước

1. ­u ®iÓm:

a) TiÕt kiÖm thÐp do viÖc dïng thÐp c­êng ®é cao:

- So víi KC BTCT th­êng th× tiÕt kiÖm:

+) Kho¶ng 30% thÐp nÕu dïng thÐp thanh c­êng ®é cao

+) Kho¶ng 45% thÐp nÕu dïng sîi thÐp c­êng ®é cao, bã thÐp

+) Víi c¸c KC nhÞp lín th× hiÖu qu¶ thÓ hiÖn râ nhÊt: kho¶ng 50%-80%

          +) Víi c¸c KC nhÞp bÐ: kho¶ng 15%.

b) Kh¶ n¨ng chèng nøt cao do ®ã kh¶ n¨ng chèng thÊm cao.

c) §é cøng lín h¬n nªn kÝch th­íc tiÕt diÖn gi¶m h¬n so víi KC BTCT th­êng. Do vËy khèi l­îng BT vµ träng l­îng b¶n th©n gi¶m nhiÒu do dïng BT m¸c cao.

d) TÝnh chèng mái cao nhê kh¶ n¨ng chèng nøt vµ ®é cøng tèt khi chÞu t¶i träng lÆp.

e) Më réng ®­îc ph¹m vi sö dông cña KC l¾p ghÐp vµ b¸n l¾p ghÐp.

2. KhuyÕt ®iÓm

a) øng lùc tr­íc cã thÓ g©y ra c¸c ¦S kÐo lµm cho BT bÞ nøt, c¸c ®Çu mót cÊu kiÖn do chÞu lùc côc bé cã thÓ bÞ nøt.

b) Cèt thÐp øng suÊt tr­íc cã thÓ bÞ tuét neo do neo kh«ng ch¾c ch¾n hoÆc do mÊt lùc dÝnh víi BT.

c) ViÖc chÕ t¹o cÇn cã thiÕt bÞ ®Æc biÖt, c«ng nh©n lµnh nghÒ, gi¸m s¸t chÆt chÏ vÒ kü thuËt vµ an toµn lao ®éng.

III. Ph¹m vi sö dông cña BTCT øng suÊt tr­íc.

- øng dông réng r·i trong XD DD vµ CN, trong GTVT... Cô thÓ:

+) Víi KC nhip lín: Dµn, v× kÌo nhÞp 18-24m; dÇm 12-24m; panen s­ên 1,5x12m; 3x12m; dÇm cÇu lªn tíi hµng vµi tr¨m mÐt .....

+) Víi KC b¶n, vá máng, KC kh«ng gian, mãng cäc, v¸ch cøng…

+) Víi KC chøa nh­ bÓ chøa, bunke, xil«…

11, Kniem, uuw nhước điểm của sàn BTCT

Khái niệm chung

- Kết cấu có dạng sàn phẳng bằng bê tông cốt thép được dùng hết sức rộng rãi trong xây dựng nhà cửa (sàn và mái), xây dựng cầu đường (bản mặt cầu, mặt cầu cảng) và trong nhiều bộ phận của các công trình thủy điện và thủy nông. Cấu kiện cơ bản của sàn phẳng là bản và dầm. Gối đỡ sàn có thể là tường hoặc cột: Móng bè là một loại sàn phẳng lật ngược. Tường và đáy của các bể chứa hình chữ nhật cũng có dạng sàn phẳng.

- Trong hệ kết cấu nhà, sàn trực tiếp tiếp nhận tải trọng thẳng đứng để truyền xuống tường và cột, sau đó là xuống móng; đồng thời sàn còn có vai trò rất quan trọng là vách cứng nằm ngang tiếp nhận tải trọng ngang (gió, động đất) để truyền vào các kết cấu thẳng đứng (khung, vách), qua đó truyền xuống móng. Trong chương trình này chỉ đề cập đến vấn đề sàn chịu tải trọng thẳng đứng.

I.2. Các loại sàn

- Theo phương pháp thi công có thể có sàn toàn khối, sàn lắp ghép và sàn nửa lắp ghép. Sàn nửa láp ghép sẽ được trình bày trong phần kết cấu nhà cửa.

- Theo sơ đồ kết cấu có sàn dầm (sàn sườn) và sàn không dầm (sàn nấm). (Xem hình 10.3).

- Trong sơ đồ sàn có dầm (sàn sườn) lại có thể chia ra:

+) Sàn sườn toàn khối có bản dầm (h.10.3a).

+) Sàn sườn toàn khối có bản kê bốn cạnh (h.10.3b)

+) Sàn dày sườn (sàn ô cờ) (h.10.3d).

+) Sàn nhiều sườn (h.10.3)

+) Sàn có dầm bẹt (h.10.3f).

+) Sàn panen (lắp ghép).

12, Caaus taoj của sàn btct vs bản dầm và bản kê cấu cạnh

Bản dầm và bản kê bốn cạnh.  

- Xét một bản tựa trên hai gối tựa đối diện A và B, chịu tải trọng phân bố đều trên toàn bộ mặt bản (h.10.1b). Khi chịu tải trọng phân bố đều, mặt bản sẽ biến dạng thành một mặt trụ. Phương l1 bị cong còn phương l2 vẫn thẳng. Mômen uốn chỉ xuất hiện trên phương l1. Ta nói rằng tải trọng chỉ truyền theo phương l1 hoặc bản chỉ chịu lực theo một phương (l1). Khi đó bản làm việc như một dầm có nhịp là l1 và ta gọi là bản dầm. Nếu xét một bản bị ngàm một phía (h.10.1a) (giống như ô văng) thì khi chịu tải trọng phân bố đều q trên toàn mặt bản, nó cũng làm việc như một dầm công xon có độ vươn là l1 và đó cũng là bản dầm.

- Nếu xét một bản có kích thước l2 x l1 như trên nhưng nó được tựa trên bốn cạnh (h.10.2) và cũng chịu tải trọng phân bố đều q thì mặt biến dạng của bản sẽ không phải là mặt trụ, bản bị cong theo cả phương l1 và phương l2. Như vậy mômen uốn sẽ xuất hiện trên cả hai phương l1 và l2. Ta nói tải trọng q được truyền về gối tựa theo cả hai phương hay bản làm việc theo cả hai phương

- Nếu gọi tải trọng truyền theo phương l1 là q1 và truyền theo phương l2 là q2, hãy tưởng tượng cắt hai dải ở chính giữa bản, mỗi dải có chiều rộng là một đơn vị chiều dài và tính độ võng giữa nhịp.

- Ta có:

- Do hai dải bản phải dính chặt với nhau nên f1 = f2 và ta có

 hoặc

- Từ (10.1) ta có thể thấy rằng khi  thì q1 81q2, có nghĩa rằng trên 98.7% tải trọng q đã truyền theo phương l1. Như vậy khi , mặc dù bản kê trên bốn cạnh nhưng có thể xem nó như bản loại dầm (truyền lực theo một phương l1 ). Trong thực tế thiết kế, để đơn giản tính toán mà vẫn phù hợp với các yêu cầu cấu tạo (cốt chịu lực và cốt phân bố) người ta vẫn tính như bản dầm khi

- Thực ra việc tính toán phân tải trọng theo hai phương l1 và l2 như trên chỉ để cung cấp khái niệm. Việc tính nội lực của bản phải được dựa trên các phương trình của lý thuyết đàn hồi đối với bản mỏng hoặc theo phương pháp cân bằng giới hạn sẽ được trình bày ở phần sau.

- Khi tải trọng sẽ truyền theo cả hai phương của bản, người ta gọi bản như vậy là bản kê bốn cạnh.

I.2. Các loại sàn

- Theo phương pháp thi công có thể có sàn toàn khối, sàn lắp ghép và sàn nửa lắp ghép. Sàn nửa láp ghép sẽ được trình bày trong phần kết cấu nhà cửa.

- Theo sơ đồ kết cấu có sàn dầm (sàn sườn) và sàn không dầm (sàn nấm). (Xem hình 10.3).

- Trong sơ đồ sàn có dầm (sàn sườn) lại có thể chia ra:

+) Sàn sườn toàn khối có bản dầm (h.10.3a).

+) Sàn sườn toàn khối có bản kê bốn cạnh (h.10.3b)

+) Sàn dày sườn (sàn ô cờ) (h.10.3d).

+) Sàn nhiều sườn (h.10.3)

+) Sàn có dầm bẹt (h.10.3f).

+) Sàn panen (lắp ghép).

II. Sàn sườn toàn khối có bản dầm

II.1. Cấu tạo cơ bản.

- Hình 10.4 thể hiện mặt bằng và mặt cắt ngang của một sàn nhà có dạng sàn sườn toàn khối có bản dầm, trong đó chu vi nhà là tường chịu lực. Có thể thay tường chịu lực bằng cốt và dầm, cụ thể là trên trục 1 và 5 hệ dầm, cột sẽ giống như trên trục 2, 3 và 4, còn trên trục A và D hệ dầm, cột sẽ giống như trên trục B và C. Nhìn trên sơ đồ có thể thấy rằng bản được gối lên dầm phụ, dầm phụ gối lên dầm chính, dầm chính gối lên cột và tường. Vì nên thứ tự truyền lực sẽ là bản truyền tải trọng cho dầm phụ, dầm phụ truyền tải trọng cho dầm chính, dầm chính truyền tải trọng xuống cột, cột truyền tải trọng xuống móng. Do đó tầm quan trọng của hệ kết cấu sẽ tăng dần từ móng đến cột, dầm chính, dần phụ đến bản sàn.

- Trong loại sàn này bản thường mỏng (chiều dày bằng 6 đến 10cm, có thể dễ dàng tính toán sơ bồ từ giá trị của tải trọng) và nhịp bản l1 dao động trong khoảng 2 đến 4. Tuy vậy độ cứng trong mặt phẳng của sàn (với vai trò của vách cứng nằm ngang) lại lớn nhờ bản được liên kết toàn khối với hệ dầm trực giao. Nhịp của dầm phụ thường lấy từ 4 đến 6m với chiều cao tiết diện khoảng  chiều dài nhịp. Nhịp của dầm chính bằng bêtông cốt thép thường có thể lấy trong khoảng 5 đến 8m với chiều cao tiết diện vào khoảng  nhịp dầm. Chiều rộng b của tiết diện dầm thường lấy bằng  chiều cao h.

- Sàn toàn khối có bản dầm tiết kiệm vật liệu, độ cứng lớn nhưng chiều cao kết cấu thường lớn vì phụ thuộc vào chiều cao dầm chính, không tạo được trần phẳng và công tác ván khuôn phức tạp. Muốn có trần phẳng phải làm thêm trần treo.

II.2. Khái niệm cơ bản về khớp dẻo.

- Hình 4.5d thể hiện trạng thái IIa của dầm chịu mômen uốn, khi đó ứng suất trong cốt thép đạt tới R8 và có thể xem như cốt thép bắt đầu chảy dẻo. Khi mômen tăng lên, ứng suất trong cốt thép vẫn giữ giá trị R8 , chỉ còn ứng suất trong bêtông đạt đến Rb thì tiết diện rơi vào trạng thái phá hoại (phá hoại dẻo) (xem hình 4.5e). Từ trạng thái II­a  chuyển đến trạng thái phá hoại là một quá trình mở rộng khe nứt, tiết diện dường như bị quay quanh trục trung hoà; Tiết diện như vậy được gọi là khớp dẻo. Vậy khớp dẻo là một danh từ để thể hiện một tiết diện bêtông cốt thép có đặc điểm là:

+) Chịu được một mômen nhất định :

+) Quay được một góc xoáy hạn chế (tương đương với sự mở rộng khe nứt).

a. Sơ đồ dầm;

b. Biểu đồ M theo sơ đồ đàn hồi;

c. Biểu đồ mômen khớp dẻo.

- Xét một dầm BTCT bị ngàm hai đầu chịu tải trọng phân bố đều q tăng dần từ nhỏ đến khi dầm bị phá hoại. Hình 10.5b thể hiện biểu đồ mômen theo sơ đồ đàn hồi. Nếu đặt cốt thép chịu kéo ở các tiết diện A, B, C giống nhau, mômen khớp dẻo ở các tiết diện đó cũng giống nhau và ta có biểu đồ mômen theo sơ đồ khớp dẻo được thể hiện trên hình 10.5c. Có thể giải thích điều đó như sau: khi tải trọng còn nhỏ, có thể cọi như dầm làm việc đàn hồi, mômen uốn ở các tiết diện A và C luôn luôn lớn hơn mômen uốn ở tiết diện B (hình 10.5b) do vậy cốt thép ở A và C sẽ bị chảy dẻo trước. Sau đó mômen ở A và C hầu như không tăng và có giá trị là Mkd trong khi tải trọng vẫn tăng, từ đây sự tăng tải trọng chỉ làm tăng mômen ở nhịp. Khi mômen ở B đặt đến giá trị Mkd (mômen khớp dẻo) thì kết cấu sẽ bị hỏng do biến hình tức thời. Điều kiện cân bằng tĩnh học yêu cầu về giá trị tuyệt đối:

- Với  thì ta được giá trị tuyệt đối của các mômen như sau:

                                             (10.2)

- Lại xét một dầm có một đầu ngàm, một đầu khớp chịu tải trọng phân bố đều như hình 10.6. Nếu cốt chịu kéo ở gối ngàm và ở nhịp có giá trị bằng nhau, tức là có cùng một giá trị mômen khớp dẻo Mkd. Điều kiện cân bằng tĩnh học đòi hỏi về giá trị tuyệt đối:

- Trong đó đã cho rằng mômen lớn nhất ở nhịp nằm trong khoảng 0.425l. Nếu cho thì ta được và làm tròn số thiên về an toàn ta có giá trị tuyệt đối của các mômen như sau:                                                      (10.3)

- Qua hai ví dụ kể trên có thể thấy rằng biểu đồ mômen uốn trong sơ đồ khớp dẻo khác biểu đồ mômen uốn trong sơ đồ đàn hồi. Người ta nói khớp dẻo có tác dụng phân phối lại nội lực trong hệ siêu tĩnh. Người thiết kế có thể lợi dụng tính chất đó của khớp dẻo để điều chỉnh nội lực (chủ yếu là mômen uốn) theo chiều hướng có lợi như chuyển bớt cốt thép ở gối tựa xuống phía dưới nhịp để dễ dàng cho việc đổ bêtông hoặc trong nhiều trường hợp có thể tiết kiệm cốt thép nhờ việc điều chỉnh biểu đồ bao mômen uốn. Tuy vậy việc điều chỉnh mômen uốn ở các tiết diện trong kết cấu siêu tĩnh không phải là tuỳ tiện mà phải có điều kiện :

+) Cốt thép phải là loại có khả năng chảy dẻo, tức là có thềm chảy trên biểu đồ . Ví dụ các loại cốt thép CI, CII, CIII hoặc A-I, A-II, A-III có khả năng đó.

+) Bêtông không bị phá hoại sớm, tức là phải xảy ra phá hoại dẻo, muốn vậy phải hạn chế lượng thép chịu kéo được dùng hoặc hạn chế chiều cao vùng chịu nén của bêtông. Nếu (công thức (4.4)) sẽ xảy ra phá hoại dẻo. Quá trình chảy dẻo của cốt thép càng dài khi càng nhỏ so với , cũng có nghĩa là càng nhỏ thì bêtông càng lâu bị phá hoại kể từ khi cốt thép bị chảy dẻo. Do vậy người ta vẫn có ý muốn hạn chế nhiều hơn để tăng độ an toàn. Chỉ dẫn tính toán kết cầu siêu tĩnh bằng BTCT của Liên Xô cũ và quy phạm Anh quốc BS8110-1997 đều hạn chế .

+) Bề rộng khe nứt phải ở trong giới hạn cho phép. Có thể căn cứ vào giá trị mômen để tính toán và hạn chế bề rộng khe nứt thẳng góc. Cũng có thể hạn chết độ lớn của acrc bằng cáhch hạn chế sự cách biệt mômen uốn của sơ đồ khớp dẻo so với sơ đồ đàn hồi. BS8110-1997 yêu cầu mô men thiết kế không được giảm quá 20% so với mômen đàn hồi đối với nhà bốn tầng trờ xuống và 10% đối với nhà trên bốn tầng. Theo các tài liệu của Nga thì mômen thiết kế không được giảm quá 30% giá trị của mômen đàn hồi tương ứng.

13, Ket cau khung BTCT toan khoi

- Khung bª t«ng cèt thÐp ®­îc sö dông rÊt réng r·i cho nhµ mét tÇng vµ cao tÇng, mét nhÞp vµ nhiÒu nhÞp.

- ¦u ®iÓm c¬ b¶n cña khung bª t«ng cèt thÐp toµn khèi lµ dÔ t¹o ®­îc nót cøng so víi khung l¾p ghÐp vµ khung lµm b»ng c¸c vËt liÖu kh¸c.

- §èi víi nhµ mét tÇng, s¬ ®å khung sau lµ nh÷ng d¹ng c¬ b¶n hay ®­îc dïng trong thùc tÕ.

+) S¬ ®å a trªn h×nh 7.2, trong xµ ngang chñ yÕu xuÊt hiÖn m«men uèn vµ lùc c¾t, lùc nÐn däc trôc kh«ng ®¸ng kÓ.

+) S¬ ®å b vµ ®Æc biÖt lµ s¬ ®å c xµ ngang lµm viÖc nh­ cÊu kiÖn chÞu nÐn lÖch t©m do sù xuÊt hiÖn cña lùc nÐn ®¸ng kÓ. Lùc nÐn ®ã lµm gi¶m øng suÊt kÐo ë thí d­íi cña dÇm, v× vËy khi cã cïng mét ®iÒu kiÖn t¶i träng th× s¬ ®å b vµ c cã nhÞp lín h¬n s¬ ®å a

H×nh 7.2 C¸c d¹ng khung c¬ b¶n cña nhµ mét tÇng.

+) S¬ ®å d trªn h×nh 7.2, cét khung ®­îc liªn kÕt khíp víi mãng. Nh­ thÕ cét vµ xµ ngang sÏ nÆng nÒ h¬n nh­ng mãng sÏ lµm viÖc nhÑ h¬n M = 0, gi¶m ®­îc bËc siªu tÜnh do ®ã øng suÊt phô thªm sÏ nhá h¬n vµ viÖc bè trÝ cèt thÐp øng lùc tr­íc trong cét sÏ ®¬n gi¶n h¬n.

=> Ng­êi ta dïng s¬ ®å a cho nhÞp d­íi 15m, s¬ ®å b cho nhÞp tõ 15 ®Õn 18m, vµ s¬ ®å c cho nhÞp trªn 18m ®èi víi kÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp th«ng th­êng. Cßn ®èi víi kÕt cÊu sö dông bª t«ng cèt thÐp øng lùc tr­íc th× dïng s¬ ®å a hoÆc b cã thÓ ®¹t tíi nhÞp 30 ®Õn 50m vµ lín h¬n.

- §èi víi nhµ nhiÒu tÇng dïng khung bª t«ng cèt thÐp chÞu c¶ t¶i träng ngang vµ t¶i träng ®øng th× nót khung th­êng lµ nót cøng, cét liªn kÕt cøng (ngµm) víi mãng nh­ trªn h×nh 7.3

- Th«ng th­êng trong mét ng«i nhµ, bªn c¹nh c¸c khung cßn cã c¸c t­êng ®Çu håi, t­êng khu vÖ sinh, « cÇu thang lµ c¸c cÊu kiÖn cã kh¶ n¨ng chÞu c¸c t¶i trong ngang r©t lín. Trong tÝnh to¸n cÇn ph¶i ®em t¶i träng ngang (giã, ®éng ®Êt v.v...) chia cho khung vµ c¸c tÊm t­êng ®ã.

H×nh 7.3

- §èi víi nhµ nhiÒu tÇng mµ khung chØ chÞu t¶i träng th¼ng ®øng cßn t¶i träng ngang do c¸c v¸ch cøng vµ lâi chÞu th× khung cã thÓ ®­îc cÊu t¹o víi nhiÒu nót khíp vµ c¸c xµ ngang cã thÓ lµm gièng nhau cho c¸c tÇng.

2. CÊu t¹o khung toµn khèi.

- Khung gåm c¸c thanh vµ c¸c nót. C¸c thanh lµ c¸c cÊu kiÖn chÞu uèn (dÇm, xµ ngang) vµ cÊu kiÖn chÞu nÐn lÖch t©m (cét, xµ ngang g·y khóc, xµ ngang cong), còng cã khi lµ cÊu kiÖn chÞu kÐo lÖch t©m (khi khung ®ãng vai trß lµ v¸ch cøng cña cÊu kiÖn chÞu vá máng kh«ng gian). ViÖc cÊu t¹o c¸c thanh chÞu uèn, chÞu kÐo nÐn lÖch t©m dïng cèt thÐp mÒm trong ®iÒu kiÖn hµm l­îng cèt thÐp b×nh th­êng (m < 3%)

- §èi víi khung nhµ cao tÇng do néi lùc trong khung kh¸ lín vµ nhu cÇu gi¶m nhá tiÕt diÖn nªn ng­êi ta cã thÓ ®Æt cèt thÐp mÒm víi hµm l­îng cao h¬n (m>3%) hoÆc ®Æt cèt cøng.

- Hµm l­îng cèt thÐp mÒm tèi ®a phô thuéc vµo c­êng ®é bª t«ng, c­êng ®é cèt thÐp, biÕn d¹ng cña bª t«ng, m«®un ®µn håi cña cèt thÐp còng nh­ c¸c biÖn ph¸p cÊu t¹o nh»m t¨ng c­êng søc chÞu lùc gi÷a bª t«ng vµ cèt thÐp.

- Cèt thÐp däc trong cèt cã thÓ ®¹t tíi hµm l­îng tõ 6 ®Õn 8% hoÆc lín h¬n, khi ®ã cèt ®ai ph¶i ®Æt dµy h¬n theo ph­¬ng däc trôc cét cßn trªn tiÕt diÖn cét th× c¸c cèt thÐp däc ®Òu ph¶i gi»ng l¹i víi nhau b»ng cèt ®ai hoÆc thanh gi»ng ®Ó h¹n chÕ sù në ngang cña bª t«ng

- Cèt thÐp cøng ®Æt trong dÇm vµ cét khung nhµ cao tÇng cã t¸c dông lµm gi¶m kÝch th­íc tiÕt diÖn bª t«ng vµ lµm kÕt cÊu ®ì v¸n khu«n (do ®ã kh«ng cÇn cét chèng) trong qu¸ tr×nh thi c«ng ®æ t¹i chç.

+) Trong thi c«ng, khung cèt cøng ph¶i chÞu träng l­îng v¸n khu«n, träng l­îng bª t«ng vµ cèt thÐp, ph¶i chÞu giã vµ c¸c ho¹t t¶i thi c«ng kh¸c, nã ®­îc thiÕt kÕ nh­ mét kÕt cÊu thÐp.

+) Trong qu¸ tr×nh sö dông, bª t«ng vµ céng t¸c víi nhau cïng chÞu lùc, tøc lµ chÞu nh÷ng t¶i träng ®Æt vµo kÕt cÊu sau khi t¹o dùng khung. NÕu chØ xÐt ®iÒu kiÖn kinh tÕ trong viÖc sö dông hÕt kh¶ n¨ng chÞu lùc cña cèt cøng th× dïng cèt cøng hîp lý khi träng l­îng b¶n th©n cña kÕt cÊu kh«ng v­ît qu¸ 25% tæng t¶i träng.

+) Bè trÝ cèt cøng trong tiÕt diÖn dÇm, cét ®­îc thÓ hiÖn nh­ sau:

H×nh 7.4: C¸ch bè trÝ cèt cøng trong dÇm vµ cét

- Trong dÇm, cèt cøng cã thÓ cã chiÒu cao lín, c¸nh trªn trong vïng nÐn, c¸nh d­íi trong vïng kÐo nh­ trªn h×nh 7.4a. Cèt thÐp mÒm ph¶i ®­îc ®Æt theo cÊu t¹o, cèt ®ai ®Æt theo tÝnh to¸n chÞu c¾t. Trong c¶ dÇm vµ trong cét, cèt cøng cã thÓ lµ khung lµm tõ nh÷ng thanh thÐp gãc cì nhá hoÆc thÐp trßn cã ®­êng kÝnh lín víi nh÷ng thanh ®øng vµ thanh chÐo t¹o thµnh mét dµn thÐp mµ b¶n th©n nã cã gi¸ trÞ chÞu t¶i träng thi c«ng.

- Th«ng th­êng hµm l­îng cèt cøng trong cét lµ tõ 3 ®Õn 8%. Hµm l­îng cèt thÐp cã thÓ lín h¬n n÷a nh­ng kh«ng qu¸ 15% ®Ó tr¸nh hiÖn t­îng t¸ch bãc bª t«ng khái thÐp. NÕu cÇn hµm l­îng bª t«ng lín h¬n n÷a th× chØ coi bª t«ng nh­ líp vá bãc kh«ng chÞu lùc.

- Theo nh÷ng kÕt qu¶ nghiªn cøu thùc nghiÖm th× ®èi víi nh÷ng cÊu kiÖn cèt cøng ®­îc thiÕt kÕ ®óng, cèt cøng cã thÓ cïng lµ viÖc víi bª t«ng cho ®Õn khi cïng bÞ ph¸ ho¹i, øng suÊt trong cèt thÐp ®¹t tíi giíi h¹n ch¶y. øng suÊt ban ®Çu trong cèt thÐp xuÊt hiÖn trong qu¸ tr×nh thi c«ng kh«ng lµ gi¶m c­êng ®é cuèi cïng cña cÊu kiÖn bª t«ng cèt thÐp. Tuy vËy do lùc dÝnh gi÷a bª t«ng vµ cèt cøng kÐm h¬n so víi cèt mÒm, ®Æc biÖt lµ cèt cã gê, nªn ®Ó h¹n chÕ khe nøt ng­êi ta th­êng gi¶m bít øng suÊt tÝnh to¸n cho phÐp cña cèt thÐp tuú thuéc vµo tû lÖ cèt thÐp cøng ®­îc dïng trong tæng sè cèt thÐp cña cÊu kiÖn. Dïng cµng nhiÒu cèt cøng th× øng suÊt tÝnh to¸n cho phÐp cµng gi¶m nhiÒu.

- §èi víi kÕt cÊu khung, cÊu t¹i nót khung (nèi cét víi dÇm, nèi cét víi mãng v.v...) lµ rÊt quan träng. Nót khung ph¶i cã kÝch th­íc h×nh häc vµ bè trÝ cèt thÐp sao cho phï hîp víi s¬ ®å tÝnh to¸n. Nót cøng ph¶i ®¶m b¶o bª t«ng chÞu nÐn kh«ng bÞ Ðp vì vµ cèt thÐp neo vµo nót khung kh«ng bÞ tuét.

- Tr¹ng th¸i øng suÊt cña nót khung kh¸ phøc t¹p. Sù ph©n bè øng suÊt phô thuéc rÊt nhiÒu vµo h×nh d¸ng vµ kÝch th­íc nót khung. ë c¸c gãc ®Òu cã sù tËp trung øng suÊt

- NÕu thay nh÷ng gãc g·y thµnh nh÷ng ®­êng cong th× sù tËp trung øng suÊt sÏ gi¶m ®i. Cã thÓ c¨n cø vµo quü ®¹o øng suÊt kÐo chÝnh ®Ó bè trÝ cèt thÐp trong nót khung. Tuy vËy khung bª t«ng cèt thÐp lµ vËt liÖu phøc hîp, kh«ng ®ång chÊt vµ ®¼ng h­íng nªn tr¹ng th¸i øng suÊt cña nót khung l¹i phô thuéc vµo viÖc bè trÝ cèt thÐp trong nót khung ®ã, cho nªn ng­êi ta ph¶i tiÕn hµnh thÝ nghiÖm nhiÒu mÉu nót khung b»ng chÝnh vËt liÖu bª t«ng cèt thÐp ®Ó rót ra nh÷ng cÊu t¹o hîp lý cho c¸c lo¹i nót kh¸c nhau.

- XÐt khung nh­ h×nh vÏ d­íi ®©y víi s¬ ®å c¸c nót ghi trªn h×nh.

1) CÊu t¹o cña nót ë gãc trªn cïng (nót A, A’)

- §Æc ®iÓm cña nót nµy lµ gi¸ trÞ m«men ë ®Çu dÇm (cét) lín, viÖc neo cèt thÐp chÞu kÐo cña dÇm (cét) ph¶i thËn träng v× ë cét kh«ng cã lùc nÐn truyÒn tõ tÇng trªn xuèng.

    +) ChiÒu dµi neo cèt thÐp phô thuéc vµo tû sè  Tû sè ®ã cµng lín thÓ hiÖn m« men cµng lín th× cèt thÐp cµng cÇn ph¶i neo s©u.

    +) M«men lín, cèt thÐp chÞu kÐo nhiÒu, kh«ng ®­îc c¾t tÊt c¶ cèt thÐp ë cïng mét tiÕt diÖn ®Ó tr¸nh sù tËp trung øng suÊt.

    +) Khi  ë mçi tiÕt diÖn c¸ch nhau 30d chØ c¾t hai thanh cèt thÐp. ë nót nµy cã thÓ kÕt hîp viÖc kÐo cèt thÐp chÞu kÐo tõ dÇm xuèng cét vµ tõ cét lªn dÇm. Cèt thÐp ë cét kÐo lªn dÇm ®­îc c¾t theo biÒu ®å m« men.

    +) Ngoµi viÖc neo cèt thÐp ®Ó chÞu m« men uèn ë nót khung vµ ë gãc chóng ph¶i ®­îc uèn cong víi r ³10d, c¸c cèt thÐp kh¸c còng ph¶i cã chiÒu dµi neo kh«ng nhá h¬n  lneo (tÝnh theo c«ng thøc 3.6 cña TCVN 5574-91).

    +) Khi m«men lín, ®Æc biÖt lµ ®èi víi tr­êng hîp , ë gãc khung cÇn cÊu t¹o n¸ch ®Ó gi¶m øng suÊt nÐn tËp trung, n¸ch khung cßn cã t¸c dông t¨ng c­êng kh¶ n¨ng chÞu m«men uèn cña dÇm. ChiÒu dµi cña n¸ch th­êng kh«ng nhá h¬n 1/10 nhÞp vµ chiÒu cao cña n¸ch kh«ng qu¸ 0,4 chiÒu cao cña xµ ngang. §é dèc cña n¸ch khung tõ 1:3 trë nªn ®­îc coi lµ cã hiÖu qu¶. Däc theo mÐp n¸ch khung cÇn ph¶i ®Æt cèt thÐp cÊu t¹o.

    +) NÕu v× lý do kiÕn tróc mµ kh«ng cÊu t¹o ®­îc n¸ch khung th× ph¶i cã gi¶i ph¸p ®Æt cèt thÐp thÝch hîp ®Ó chÞu c¸c øng suÊt tËp trung xung quanh gãc vu«ng phÝa trong.

H×nh 7.5: CÊu t¹o cña nót ë gãc trªn cïng

a)    b)    c)

2) CÊu t¹o cña nót cét biªn víi xµ ngang cña c¸c tÇng gi÷a (nót C)

- Cèt chÞu kÐo cña xµ ngang ph¶i ®­îc neo mét ®o¹n b»ng lneo (h×nh 7.6a). NÕu cèt thÐp trong ®o¹n neo ph¶i uèn cong th× ph¶i cã cèt ®ai phô víi kho¶ng c¸ch kh«ng lín h¬n 10mm ®Ó gia c­êng. Kh«ng nªn uèn cèt chÞu kÐo cña xµ vµo s©u trong phÇn cét ®Ó ng­êi thi c«ng dÔ ®Æt cèt thÐp khi ph¶i bè trÝ ®iÓm dõng ®æ bª t«ng ë gÇn ®Ønh cét. Khi cÇn thiÕt cã thÓ lµ thÐp chi tiÕt neo (thÐp b¶n hoÆc thÐp h×nh) vµo ®Çu thanh thÐp nh­ trªn h×nh 7.6b vµ ph¶i tiÕn hµnh tÝnh to¸n Ðp mÆt.

H×nh 7.6: CÊu t¹o cña nót cét biªn víi xµ ngang cña c¸c tÇng gi÷a

3) CÊu t¹o nót nèi cét gi÷a víi xµ ngang (nót B)

- Trong tr­êng hîp nµy cèt thÐp ë xµ ngang kh«ng cÇn ph¶i kÐo dµi vµo cét, mµ ®­îc kÐo, uèn, c¾t cho phï hîp víi biÒu ®å m«men vµ chÞu lùc c¾t gièng nh­ trong dÇm liªn tôc. CÇn l­u ý r»ng ®èi víi cét ngay trong nót nèi trªn ph¹m vi chiÒu cao dÇm vÉn cÇn ph¶i cã cèt ®ai ®Ó gi÷ æn ®Þnh cho cèt däc.

- §èi víi khung ph¶i chÞu lùc chÊn ®éng, ®é dÎo cña m¾t khung ph¶i lín, ng­êi ta gia cè thªm nót khung b»ng c¸c thanh cèt däc vµ cèt ®ai ngang, ®Çu c¸c thanh quy tô vµo nót khung ®­îc ®Æt cèt ®ai dµy h¬n

H×nh 7.7: CÊu t¹o nót nèi cét gi÷a víi xµ ngang

4) CÊu t¹o ë chç xµ ngang bÞ g·y khóc

- D­íi t¸c dông cña m«men d­¬ng, lùc trong cèt thÐp chÞu kÐo vµ cèt chÞu nÐn sÏ t¹o thµnh nh÷ng hîp lùc h­íng ra phÝa ngoµi. CÇn ph¶i cã cèt ®ai chÞu nh÷ng lùc ®ã, gi÷ cho cèt thÐp däc kh«ng bÞ kÐo bËt ra ngoµi. Gãc gÉy a cµng nhá th× hîp lùc h­íng ra phÝa ngoµi cµng lín. Khi gãc gÉy a < 1600 th× kh«ng nh÷ng cÇn cèt ®ai gia cè mµ cßn ph¶i c¾t cèt däc chÞu kÐo (toµn bé hoÆc mét phÇn) ®Ó neo vµo vïng bª t«ng chÞu nÐn. Khi gãc g·y a≥ 1600 cã thÓ uèn cèt thÐp qua gãc g·y vµ bè trÝ ®ñ cèt ®ai

- DiÖn tÝch cèt ®ai ®Ó gi»ng cèt däc ph¶i ®­îc tÝnh to¸n ®Ó ®ñ chÞu hîp lùc trong c¸c thanh cèt däc kh«ng ®­îc neo vµ ®ñ chÞu kh«ng d­íi 35% hîp lùc trong c¸c thanh ®· ®­îc neo trong vïng nÐn. Ta cã biÓu thøc:

            (7.1)

- Trong ®ã:

As1 – diÖn tÝch c¸c thanh cèt däc kh«ng ®­îc neo trong vïng nÐn.

          As2 – diÖn tÝch c¸c thanh cèt däc ®· ®­îc neo trong vïng nÐn.

          a - gãc lâm cña xµ ngang.

          b - gãc gi÷a ®­êng ph©n gi¸c cña gãc lâm vµ ph­¬ng cña cèt ®ai.

- Cèt thÐp ®ai tÝnh theo (7.1) ph¶i ®­îc bè trÝ trªn chiÒu dµi  (7.2)

S – lµ kho¶ng c¸ch tõ ®iÓm B ®Õn ®iÓm C, gãc  ®­îc lÊy b»ng

- Chi tiÕt xµ ngang g·y khóc nµy kh«ng chØ gÆp ë khung mµ th­êng gÆp ë cèn thang g·y khóc

- ë c¸c ®iÓm g·y A vµ B ®Òu xuÊt hiÖn m«men d­¬ng do t¶i träng t¸c dông theo chiÒu tõ trªn xuèng d­íi. Nh­ng ë ®iÓm g·y A, hîp lùc cña c¸c cèt thÐp chÞu kÐo ®Òu h­íng vµo phÝa trong nªn kh«ng ph¶i bè trÝ cèt ®ai gi»ng. ë ®iÓm g·y B hîp lùc cña c¸c cèt thÐp h­íng ra phÝa ngoµi nªn ph¶i tÝnh to¸n vµ cÊu t¹o cèt ®ai gi»ng gièng nh­ ®èi víi xµ ngang khung ®· tr×nh bµy ë trªn.

5) CÊu t¹o mèi nèi cøng gi÷a cét vµ mãng

- Cèt thÐp däc trong cét ph¶i kÐo th¼ng xuèng mãng. §Ó tiÖn thi c«ng, cã thÓ ®Æt cèt chê ®Ó nèi ë cèt mÆt mãng hoÆc ë cèt 0.000 (cèt mÆt nÒn). Ph¶i ®¶m b¶o yªu cÇu nèi kh«ng qu¸ 50% diÖn tÝch cèt chÞu kÐo b»ng thanh cã gê vµ kh«ng qu¸ 25% diÖn tÝch cèt chÞu kÐo b»ng thanh cèt tr¬n ë mét tiÕt diÖn hoÆc trªn hoÆc trªn ®o¹n nhá h¬n chiÒu dµi neo. Nh­ vËy kh«ng ®­îc c¾t cèt cã cïng chiÒu dµi khi trªn tiÕt diÖn cét cã nhiÒu h¬n 4 thanh thÐp däc (cho phÐp c¾t trªn cïng mét tiÕt diÖn víi cét chØ cã 4 thanh thÐp däc). §Ó tiÖn ®Þnh vÞ tim cña cét sè cèt ®ai n»m trong ph¹m vi cña mãng cã thÓ t¨ng h¬n

- CÇn l­u ý r»ng cao tr×nh ngµm cña cét  ®­îc tÝnh tõ cao tr×nh mÆt trªn cña mãng

6) CÊu t¹o mèi nèi khíp gi÷a cét vµ mãng

- Khíp ®­îc h×nh thµnh do tiÕt diÖn bÞ gi¶m yÕu (theo ph­¬ng t¸c dông cña m«men uèn), ®é cøng bÞ gi¶m ®ét ngét, nÕu cã xuÊt hiÖn m«men ë ch©n cét th× gi¸ trÞ cña m«men còng kh«ng lín. ChiÒu cao tiÕt diÖn ë khíp chØ cßn b»ng tõ 1/2 ®Õn 1/3 chiÒu cao tiÕt diÖn nguyªn.

- Cét vµ mãng ®­îc liªn kÕt b»ng nh÷ng thanh cèt thÐp th¼ng hay cèt b¾t chÐo. Khi t¶i träng lín th× cã thÓ dïng cèt däc víi c¸c ®ai lß xo ®Ó h¹n chÕ biÕn d¹ng ngang cña bª t«ng. PhÇn tiÕt diÖn cßn l¹i cña bª t«ng vµ cèt thÐp nèi chÞu lùc däc truyÒn tõ cét xuèng mãng vµ ®­îc tÝnh theo cÊu kiÖn chÞu Ðp côc bé. Cßn lùc c¾t th× ®­îc c©n b»ng víi lùc ma s¸t. Còng cã thÓ ®­a cèt thÐp vµo trong tÝnh to¸n chÞu c¾t.

- §Ó chÞu Ðp côc bé, cèt ®ai ë ch©n cét ph¶i ®¹t dµy hoÆc ®Æt l­íi thÐp. MÆt trªn cña mãng còng ph¶i cã l­íi thÐp, tiÕt diÖn ngang cña nã ®­îc tÝnh b»ng c«ng thøc gÇn ®óng:

- Trong ®ã:          P – lùc däc tÝnh b»ng kG.

- Khe hë gi÷a phÇn cét gi¶m yÕu vµ mãng th­êng cã chiÒu dµy tõ 2 ®Õn 4cm vµ ®­îc lÊp kÝn b»ng tÊm kim lo¹i mÒm nh­ ch× hoÆc sîi tÈm nhùa.

        a)                              b)                              c)

14, Cac he ket cau chiu luc cua nha co ban nhieu tang

1. Kết cấu gạch đá sửa

Những kiến trúc cao tầng thời cổ đại như những tháp hải đăng tại thành phố Alexandri của Ai Cập, các tháp chùa cao tại Hà Nam, Vân Nam, Trung Quốc là những công trình cổ tồn tại hàng ngàn năm trước đây. Ở nước ta cũng có những tháp cao đến 13 tầng, xây từ năm 1121 như tháp Sùng Thiện diên linh là một điển hình của kết cấu gạch đá cao tầng.

Ưư điểm của kết cấu gạch đá là vật liệu sẵn có gần nơi xây dựng, giá thành hạ, tính bền vững cao, nhưng nhược điểm là cường độ khối xây thấp, độ dẻo kém, bất lợi đối với việc chống lún và kháng chấn.

Trong những thập kỷ 60, 70 của thế kỷ trước, chúng ta xây nhiều tầng phần lớn là kết cấu gạch đá và gạch cốt thép, một số ít nhà cao tầng từ 8 đến 11 tầng thì xây bằng kết cấu hỗn hợp khung bê tông cốt thép và tường bằng khối xây gạch và gạch đá cốt thép.

2. Kết cấu thép sửa

Nhà cao tầng của thời kỳ cận đại là sản phẩm của sự phát triển công nghiệp gang thép của thế kỷ thứ 19. Năm 1801, ngôi nhà đầu tiên cao 7 tầng làm bằng kết cấu khung dầm - cột thép được xây dựng trong nhà máy dệt ở Manchester Anh Quốc – năm 1854, tại Hoa Kỳ ra đời tháp hải đăng bằng thép. Sau năm 1883, ở Chicago và một số nơi khác ở Hoa Kỳ, người ta xây dựng những ngôi nhà từ 10 tầng trở lên bằng thép.

Ưu điểm của kết cấu thép là cường độ chịu kéo, cường độ chịu nén, cường độ chống xoắn đều rất tốt, tính năng kháng chấn dẻo dai, độ chính xác trong chế tạo tại các nhà máy cao, tốc độ lắp ráp nhanh, tiết kiệm nhân công, hiện trường thi công gọn ghẽ văn minh, đặc biệt thích hợp với việc xây dựng nhà siêu cao và nhà hoặc công trình có khẩu độ lớn.

Theo số liệu thống kê của nước ngoài, trên thế giới ngày nay cứ 100 ngôi nhà siêu cao quá 212 m thì sẽ có 65 ngôi nhà làm bằng kết cấu hỗn hợp thép, còn lại 12 ngôi nhà nữa làm bằng kết cấu bê tông cốt thép; trong đó có 11 ngôi nhà cao nhất cao từ 296 đến 443 m đều làm bằng kết cấu thép và kết cấu thép – bê tông cốt thép.

Ở Nhật Bản, 100 ngôi nhà cao nhất đều làm bằng kết cấu thép. Ở Trung Quốc từ năm 1985 trở lại đây, có 11 ngôi nhà cao tầng làm bằng kết cấu thép và kết cấu hỗn hợp thép – bê tông cốt thép phân bố tại Bắc Kinh, Thượng Hải và Thâm Quyến, trong đó cóa 8 ngôi nhà siêu cao mà chiều cao vượt quá 100 m. Ngôi nhà cao nhất là cao ốc Kinh quảng tại Bắc Kinh cao 208 m. Gần đây cao ốc Ngân hàng Trung Quốc ở Hồng Kông cao 368 m làm bằng kết cấu thép là ngôi nhà cao nhất ở Hoa Kỳ ra.

Kết cấu thép tuy có những ưu điểm như đã nói ở trên, nhưng khi dùng để làm nhà cao tầng thì chi phí vật liệu thép khá lớn từ 110 – 300kg/m2 xây dựng tương đương từ 2- 3 lần chi phí vật liệu thép của kết cấu bê tông cốt thép, do đó giá thành cao so với kết cấu bê tông cốt thép xấp xỉ gấp đôi. Bản thân kết cấu thép không tự phòng cháy được, mà phải có một lớp bảo vệ phòng cháy bọc ở ngoài bề mặt các kết cấu thép. Đây cũng là một nhân tố quan trọng trong làm giá thành cao.

Chính vì vậy mà ở Trung Quốc, một nước đã có nền công nghiệp gang thép khá phát triển - người ta vẫn cho rằng quy cách sản phẩm và sản lượng không đủ để cho phép sử dụng đại trà kết cấu thép vào làm nhà cao tầng.

3. Kết cấu bê tông cốt thép sửa

Sự ra đời của kết cấu bê tông cốt thép muộn hơn kết cấu thép, nhưng sau khi được sử dụng để xây dựng nhà cao tầng thì nó đã có sự phát triển rộng rãi. Lịch sử công nghệ nhà cao tầng đã trải qua nhiều giai đoạn. Trong thế kỷ 20, trước năm 1946, hầu hết các nhà cao trên 20 tầng là kết cấu thép. Từ đầu những năm 50 và đặc biệt 25 năm gần đây các công trình bằng BTCT đã bắt đầu cạnh tranh chiều cao với các công trình kết cấu thép.

Năm 1824, người ta đã phát minh ra xi măng poóc lăng. Năm 1850 xuất hiện kết cấu bê tông cốt thép. Năm 1903 bắt đầu sử dụng loại kết cấu này để làm nhà cao tầng. Năm 1976, ngôi nhà quảng trường tháp nước ở Chicago 74 tầng cao 262 m được khánh thành. Năm 1990, cũng ở Chicago xây dựng ngôi nhà được coi là cao nhất thế giới thời đó với kết cấu bê tông cốt thép tại 311 phố Wacker 65 tầng, cao 295 m.

Tại Trung Quốc, kết cấu bê tông cốt thép cũng ra đời từ đầu thế kỷ 20. Năm 1910 trụ sở Công ty Điện thoại Thượng Hải được xây dựng bằng kết cấu bê tông cốt thép lần đầu tiên. Đến những năm 50 của thế kỷ trước, trong xây dựng nhà ở cao tầng ở đây, người ta đã sử dụng kết cấu bê tông cốt thép khá rộng rãi. Đặc biệt là từ 20 năm nay, sự phát triển của kết cấu bê tông cốt thép rất mạnh mẽ. Theo thống kê của Bộ Xây dựng Trung Quốc thì kết cấu bê tông cốt thép – trong toàn bộ các công trình xây dựng của Nhà nước - chiếm tỷ trọng 21,4% năm 1980, tăng lên đến 46,8% năm 1987. Những ngôi nhà cao 10 tầng trở lên sử dụng kết cấu bê tông cốt thép chiếm tỷ trọng từ 91,7% năm 1984 tăng lên đến 97,3% năm 1987.

Trung tâm Hợp hoà của Hồng Kông xây dựng xong vào năm 1980, 65 tầng cao 216 m. Năm 1985, khánh thành trung tâm mậu dịch quốc tế Thâm Quyến 50 tầng cao 160 m và năm 1987 bắt đầu khởi công xây dựng cao ốc quốc tế Quảng Châu 63 tầng, cao 199 m đều sử dụng kết cấu bê tông cốt thép. Lượng thép sử dụng từ 94 – 132 kg/m2, lượng bê tông sử dụng từ 0,54 – 0,7 m3/m2.

Cuối những năm 90 của thế kỷ trước đã xây dựng được 87 ngôi nhà siêu cao trên 100 m, trong đó có 79 ngôi nhà bằng kết cấu bê tông cốt thép.

Nguyên nhân khiến kết cấu bê tông cốt thép chiếm địa vị chủ đạo trong xây dựng nhà cao tầng ở Trung Quốc là tại đây, nguồn nguyên liệu làm bê tông rất phong phú, lượng thép sử dụng tương đối thấp so với kết cấu thép, độ cứng của kết cấu lớn, tính năng chịu lửa tốt, giá thành hạ so với kết cấu thép. Nhược điểm của kết cấu bê tông cốt thép là ở chỗ trọng lượng bản thân của kết cấu lớn, sử dụng nhân công tại hiện trường nhiều, thời gian xây dựng tương đối lâu. Muốn khắc phục, cần phải cải thiện tính năng của vật liệu, hoàn thiện hệ thống kết cấu, phát triển các loại phương pháp công xưởng hoá thi công.

Điều quan trọng nhằm giảm bớt trọng lượng bản thân của kết cấu là phải nâng cao cường độ của bê tông để từ đó giảm bớt tiết diện của kết cấu.

Trong những ngôi nhà từ 20 tầng trở xuống, cường độ của bê tông thường từ mác 200 đến mác 300 có nghĩa là cường độ chịu nén từ 20 đến 30 MPa. Đối với những ngôi nhà cao hơn nữa thì càn sử dụng mác từ 300 đến 450. Ví dụ cao ốc Mậu Dịch Thâm Quyến, bê tông của các cột tiết diện hình chữ nhật ở 4 tầng bên dưới sử dụng mác 450 thì kích thước của tiết diện vẫn cần đến 650 x 1000 mm, còn khoảng cách giữa các cột chỉ là 3750 mm.

Trong khi dó, ở Hoa Kỳ có 10 ngôi nhà siêu cao từ 50 đến 75 tầng bằng kết cấu bê tông cốt thép, người ta đã sử dụng ở đây, cường độ thiết kế cực đại của bê tông là từ 7000 đến 9000 psi theo hệ số nguyên pound/feet2 tương đương với 4920 – 6330 N/cm2; cao ốc lớn nhất tại phố Wacker ở Chicago đã sử dụng cột bê tông cốt thép từmóng đến tầng thứ 15 với cường độ bê tông là 12.000 psi tương đương với 8440 N/cm2.

So sánh việc sử dụng cường độ bê tông giữa các công trình của hai nước nói trên, Trung Quốc cần phải tiếp tục nâng cao hơn nữa mác của bê tông. Gần đây ở Bắc Kinh khi thi công khách sạn Tân Thế Kỷ 31 tầng cao 111m đã sử dụng bê tông mác 600 đối với 4 tầng dưới của hệ cột bê tông cốt thép, tiết diện lớn nhất của cột thu nhỏ còn là 900 x 900 mm. Ở Liêu Ninh, người ta cũng xây dựng ngôi nhà giao lưu kỹ thuật công nghiệp 18 tầng, cao 62m với 12 tầng bên dưới của hệ thống cột bê tông cốt thép sử dụng bê tông mác 600.

Một biện pháp nữa để giảm bớt trọng lượng bản thân của kết cấu là sử dụng vật liệu bê tông nhẹ, nếu giảm trọng lượng bê tông từ 2400 kg/m3 xuống 1900kg/m3 thì có thể giảm bớt trọng lượng bản thân của kết cấu một cách đáng kể. Từ đó, giảm bớt được tải trọng lên trên đất nền giảm chi phí về nền móng, nâng cao năng suất của vận tải và cấu kiện lắp cấu kiện. Và như vậy lại càng thích hợp đối với việc xây dựng kết cấu nhà cao tầng và khẩu độ lớn. Bê tông nhẹ còn có tính năng cách nhiệt tốt, nếu dùng làm kết cấu bao che thì lại phát huy được tác dụng đó.

Những năm đầu của thế kỷ 20, Hoa Kỳ, Liên Xô, Nhật Bản, Đan Mạch, Anh và một số nước khác đã triển khai nghiên cứu để phát triển cốt liệu nhẹ nhân tạo và hết sức tận dụng cốt liệu nhẹ thiên nhiên, cũng như áp dụng cốt liệu phế thải công nghiệp.

Ở Australia, năm 1968 tại Sidney đã hoàn thành một ngôi nhà 50 tầng cao 183 m có dáng hình viên trụ đường kính 41,15m. Toàn bộ kết cấu của 8 tầng bên trên sử dụng loại cốt liệu nhẹ có tính trương nở để đúc bê tông cường độ bình quân đạt 32 MPa. Người ta đã dùng phương pháp ván khuôn trượt để thi công ngôi nhà đó; cứ 5 ngày lên được 1 tầng.

Ở Hoa Kỳ, tại Chicago đã xây dựng toà tháp đôi Marina 64 tầng; ở Nam Phi tại Giohannesbớc đã xây dựng toà nhà ngân hàng tiêu chuẩn 32 tầng đều sử dụng cốt liệu kêzamzit để đúc bê tông.

Ở Nhật Bản, Liên Xô, Pháp, người ta cũng đã sử dụng kêzamzit làm cốt liệu để làm bê tông nhẹ xây dựng những ngôi nhà cao tầng trên dưới 20 tầng.

Ở Trung Quốc, từ năm 1956, người ta đã nghiên cứu sử dụng nhiều loại cốt liệu nhẹ như kêzamit đất sét, kêzamit than bột, đá bọt, xỉ núi lửa, tahn xỉ trương nở chủ yếu để làm tường ngoài và tường chịu lực.

Tại Bắc Kinh năm 1983 xây xong 3 ngôi nhà ở 20 tầng bước gian là 5,4 m và 5,7 m; chiều sâu lòng nhà tính theo thông thuỷ là 9m, không có tường dọc bên trong. Chiều dầy tường ngang bên trong là 24 cm, chiều dầy tường ngoài là 35 cm. Toàn bộ đều sử dụng bê tông nhẹ cốt liệu kêzamit cường độ 200 và 250, trọng lượng thể tích của bê tông đều thấp hơn 1900 kg/m3. Người ta đã sử dụng phương pháp ván khuôn trượt đúc tại chỗ, cứ 3 ngày lên 1 tầng, trog vòng 2 tháng hoàn thành kết cấu nhà 20 tầng.

Trường đại học công nghiệp Thẩm Dương, đã xây dựng những ngôi nhà từ tầng 17 trở lên đến 19 tầng bằng bê tông cốt liệu nhẹ xỉ núi lửa.

4. Kết cấu hỗn hợp sửa

Nhưng loại hình kết cấu nói trên, mỗi loại đều có ưu nhược điểm riêng của nó. Ta có thể dùng phương pháp bù trừ lấy cái nọ bù cái kia; trong một ngôi nhà cao tầng, các bộ phận khác nhau của nhà có thể sử dụng các loại vật liệukhác nhau. Trong cùng một bộ phận kết cấu cũng có thể sử dụng các loại vật liệu khác nhau thành hình dạng kết cấu hỗn hợp phức tạp.

Ở Bắc Kinh và Thượng Hải có khách sạn như vậy, ở Thâm Quyến cũng đã phát triển những cao ốc sử dụng loạikết cấu hỗn hợp Khung thép kết hợp với ống lồng bê tông cốt thép. Trong cao ốc Kinh thành ở Bắc Kinh, người ta đã sử dụng kết cấu khung thép kết hợp với tường chống trượt làm bằng tấm bê tông cốt thép đúc sẵn. Loại kết cấu hỗn hợp này so với kết cấu thuần tuý bằng thép có thể giảm lượng thép sử dụng đi rất nhiều, hạ bớt giá thành đồng thời giảm nhỏ chuyển vị ngang của kết cấu một cách đáng kể.

Với kết cấu nhà cao tầng, tại tầng hầm và tầng một phi tiêu chuẩn, người ta thường dùng bê tông cốt thép cứng, đưa thép hình trong cột của kết cấu bên trên kéo sâu xuống phần cột ở tầng hầm, vừa nâng cao năng lực chịu tải của cột, vừa thoả mãn được yêu cầu phòng cháy đối với thép hình.

Cột của nhà cao tầng kết cấu bê tông cốt thép, ở phần tầng hầm và tầng một, để nâng cao khả năng chịu lực hoặc giảm bớt tiết diện của kết cấu, ta cũng có thể sử dụng kết cấu hỗn hợp bọc bê tông cốt thép ở bên ngoài của thép hình.