Tài liệu ảnh hưởng của bề rộng dải phân tích trong thiết kế sàn phẳng bê tông ứng lực trước

MỤC LỤC TRANG BÌA LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH10 MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1 1. Lý do nghiên cứu ............................................................................................1 2. Mục đích nghiên cứu ......................................................................................1 3. Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................................2 4. Phạm vi nghiên cứu ........................................................................................2 5. Cấu trúc của luận văn .....................................................................................2 CHƢƠNG 1. KHÁI NIỆM VỀ SÀN BÊ TÔNG ƢLT...............................................3 1.1. Khái niệm về kết cấu bê tông ƢLT ......................................................................3 1.2. Sàn phẳng bê tông ƢLT .......................................................................................7 1.2.1. Bản dầm và bản kê bốn cạnh ....................................................................8 1.2.2. Sàn phẳng bê tông ƢLT .........................................................................12 1.2.2.1. Xác định chiều dày sàn ........................................................................14 1.2.2.2. Ứng dụng của sàn phẳng bê tông ƢLT ...............................................16 CHƢƠNG 2. TÍNH TOÁN VÀ CẤU TẠO SÀN BÊ TÔNG ƢLT .........................17 2.1. Các phƣơng pháp tính toán nội lực sàn phẳng BTCT ........................................17 2.1.1. Phƣơng pháp trực tiếp ............................................................................17 2.1.2. Phƣơng pháp khung tƣơng đƣơng ..........................................................21 2.1.3. Phƣơng pháp phần tử hữu hạn ................................................................24 2.1.3.1. Phần tử sàn ..........................................................................................25 2.1.3.2. Gối tựa cột ...........................................................................................27 2.2. Mô hình cáp ứng lực trƣớc .................................................................................27 2.2.1. Quỹ đạo cáp ứng lực trƣớc và tải trọng cân bằng ..................................27 2.2.2. Mô hình cáp ƢLT trong phƣơng pháp PTHH ........................................29 2.3. Sự làm việc của kết cấu siêu tĩnh ƢLT ..............................................................31 2.3.1. Moment thứ cấp ......................................................................................31 2.3.2. Tải trọng cân bằng trong dầm liên tục ƢLT...........................................33 2.4. Một số yêu cầu về cấu tạo ..................................................................................34 2.4.1. Cốt thép thƣờng bổ sung ........................................................................34 2.4.2. Bố trí cáp ................................................................................................34 CHƢƠNG 3. VÍ DỤ TÍNH TOÁN ...........................................................................38 3.1. Số liệu kích thƣớc ô sàn .....................................................................................38 3.2. Số liệu vật liệu sử dụng ......................................................................................38 3.3. Xác định thông số thiết kế, chiều dày và tải trọng: ............................................39 3.4. Phân tích tìm nội lực kết cấu ..............................................................................43 3.4.1. Vẽ các dải theo cách chia theo dải trên cột và dải giữa nhịp tƣơng tự nhƣ sàn bê tông cốt thép thƣờng ..............................................................................49 3.4.2. Vẽ các dải theo cách chia dải rộng bằng bƣớc khung “full strip” ..................59 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................72 TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................73 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO) BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN. TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN ẢNH HƢỞNG CỦA BỀ RỘNG DẢI PHÂN TÍCH(STRIP) TRONG THIẾT KẾ SÀN PHẲNG BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƢỚC Học viên: Đỗ Hữu Minh Nhật Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp Khóa: K33.XDDD.KH - Trƣờng Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng Tóm tắt: Hiện nay, với sự phát triển kinh tế xã hội, nhu cầu xây dựng các công trình dân dụng và công nghiệp tăng nhanh với đòi hỏi ngày càng cao về mỹ-kỹ thuật. Trong những năm gần đây, nhiều nhà cao tầng đã đƣợc xây dựng ở các thành phố lớn nhƣ Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh... đặt ra cho ngƣời thiết kế không những đáp ứng các yêu cầu về kỹ thuật mà còn hiệu quả kinh tế, trong đó có việc tính toán thiết kế bản sàn phẳng bê tông ứng lực trƣớc. Ở các nƣớc có nền xây dựng phát triển nhƣ Liên Xô (nay là Nga), Mỹ..., kết cấu sàn không dầm (còn gọi là sàn phẳng) đƣợc sử dụng khá rộng rãi. Ở nƣớc ta, sàn không dầm đã đƣợc biết tới từ lâu nhƣng số lƣợng công trình chƣa nhiều. Khi kết cấu sàn có nhịp lớn, việc sử dụng giải pháp sàn bê tông cốt thép thƣờng có nhiều hạn chế, do bề dày lớn, trọng lƣợng bản thân tăng lên sẽ làm tăng đáng kể độ võng và bề rộng vết nứt, do vậy cần thiết phải sử dụng giải pháp bê tông ƢLT. Với những ƣu thế nhƣ vậy, trong những năm tới có thể kết cấu dạng sàn phẳng sẽ đƣợc áp dụng rộng rãi hơn trong các công trình xây dựng dân dụng. Trong thực tiễn thiết kế sàn BTƢLT, việc chia dải tính toán có ảnh hƣởng đến việc bố trí cáp ứng lực trƣớc cũng nhƣ sự làm việc của sàn. Mục đích của luận văn là so sánh kết quả phân tích số theo 2 cách: Một là Phân tích theo cách chia theo dải trên cột và dải giữa nhịp tƣơng tự nhƣ sàn bê tông cốt thép thƣờng, hai là Phân tích theo cách chia dải rộng bằng bƣớc khung full strip”. Sau đó đề xuất các kiến nghị áp dụng. Từ khóa –chia dải rộng bằng bƣớc khung “full strip” Summary: Currently, the socio-economic development, the demand for civil and industrial construction has increased rapidly with increasing demands on art and technology. In recent years, many skyscrapers have been built in big cities such as Hanoi and Ho Chi Minh City ... the designer not only meets the technical requirements but also economic efficiency, including the calculation of the design of pre-prestressed concrete slab. In developed countries such as the Russia, USA ..., the slab structure without beam (also known as flat slab) is used quite widely. In our country, flat-slab contruction has been known for a long time, but projects are not much. When the slab structure has a large span, the use of reinforced concrete structure have many limitations, due to the slab is large thickness, weight increase itself will significantly increase the sag and crack width, so pre- stressed structural solution is necessary. With such advantages, in the coming years, flatslab structures will be more widely used in civil construction. In fact, the design of pre-prestressed concrete slab, dividing strip the calculation range affects the prestressing of the post-tensioning cable as well as the working of the slab. The purpose of the thesis is to coMPare the results of numerical analysis in two ways: the first is analyze in a way that divides the strip on the column and the middle of the span similar to reinforced concrete structure, the second is analyze by dividing the width by the frame span, also known as the "full strip" step and then submit the recommendations. Keyword-wide band with "full strip" DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ch÷ c¸i Latinh viÕt hoa A diện tích tiết diện G tải trọng thƣờng xuyên I mômen quán tính M mômen uốn N lực dọc trục V lực cắt b chiều rộng của tiết diện ngang d chiều cao làm việc của tiết diện e độ lệch tâm h chiều cao của tiết diện trong mặt phẳng uốn, chiều dày sàn i bán kính quán tính I,L chiều dài hoặc nhịp 1/R chiều dài hoặc nhịp c.g.c trọng tâm tiếp diện bêtông c.g.s trọng tâm cốt thép ứng lực trƣớc Ac diện tích tiết diện ngang của bêtông Aps diện tích tiết diện ngang của cốt thép ứng lực trƣớc (ƢLT) As diện tích tiết diện ngang của cốt thép thƣờng A’s diện tích tiết diện ngang của cốt thép chịu nén Ec môđun đàn hồi của bêtông Eps môđun đàn hồi của cốt thép Mn cƣờng độ mômen uốn tới hạn Mcr mômen kháng nứt Po lực căng ban đầu P lực căn trƣớc hiệu quả fc cƣờng độ chịu nến đặc trung của mẫu trụ bê tong ở 28 ngày tuổi fci cƣờng độ, chịu nén của bê tông tại thời điểm truyền lực ft cƣờng độ chịu kéo của bê tông fpe ứng suất hiệu quả của thép ƢLT fpu giới hạn bền của thép ƢLT fpy giới hạn chảy của thép ƢLT fpi ứng xuất căn ban đầu của thép ƢLT fy cƣờng độ của thép thƣờng Zb,Zt mô men quán tính tĩnh của tiết diện tại thớ trên và dƣới E biến dạng F,ơ ứng suất W tải trọng phân bố o hệ số giảm độ bền độ võng, chuyển vị DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu 2.1 2.2 2.3 Tên bảng Hệ số phân phối mô men âm và mô men dƣơng Tỷ lệ % mô men âm phân chia cho dải trên cột cho các ô bản ở giữa Tỷ lệ % mô men âm phân chia cho dải trên cột cho các ô bản biên Trang 19 20 21 DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu 1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 1.5. 1.6. 1.7. 1.8. 1.9. 1.10. 1.11. 1.12. 1.13. 1.14. 1.15. 2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.5. 2.6. 2.7. 2.8. 2.9. 2.10. 2.11. 2.12. 2.13. 2.14. 2.15. Tên hình Ứng lực trƣớc của một số dụng cụ Sơ đồ phƣơng pháp căng trƣớc Sơ đồ phƣơng pháp căng sau Các dạng dầm sàn dùng trong nhà cao tầng Hệ dầm các phƣơng Đƣờng truyền tải theo một số phƣơng án Mô hình bằng băng sàn và dải sàn Hệ dầm sàn 1 phƣơng Hệ dầm sàn 2 phƣơng Dầm bẹt 1 phƣơng (banded beam) Hình dạng và kích thƣớc mũ cột sàn nấm Sàn phẳng không dầm Hình dạng và kích thƣớc cũ cột trong sàn không dầm Sơ đồ tính toán chọc thủng sàn không dầm Cấu tạo các dầm chìm chống cắt trong sàn phẳng không dầm Moment trên dải trên cột và dải giữa nhịp của sàn phẳng Sự phân phối mô men âm theo phƣơng có nhịp lớn Khung tƣơng đƣơng Xác định độ cứng tƣơng đƣơng của cột Các nội lực tổng quát trên phần tử sàn Phần tử sàn Liên kết cột- sàn Sơ đồ quỹ đạo cáp thực tế Quỹ đạo cáp thực tế và tải trọng cân bằng trong dầm liên tục Thay thế cáp bằng tải trọng cân bằng Dầm đơn giản bê tông ƢLT Moment do U7LT trong dầm liên tục Cân bằng tải trọng của dầm liên tục Bố trí cáp theo biểu đồ mô men Một số phƣơng án bố trí cáp Trang 3 5 6 8 9 10 10 11 12 12 13 13 14 16 16 19 20 22 23 26 26 27 28 29 30 31 32 34 35 35 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do nghiên cứu Hiện nay, với sự phát triển kinh tế xã hội, nhu cầu xây dựng các công trình dân dụng và công nghiệp tăng nhanh với đòi hỏi ngày càng cao về mỹ-kỹ thuật. Trong những năm gần đây, nhiều nhà cao tầng đã đƣợc xây dựng ở các thành phố lớn nhƣ Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh... đặt ra cho ngƣời thiết kế không những đáp ứng các yêu cầu về kỹ thuật mà còn hiệu quả kinh tế, trong đó có việc tính toán thiết kế bản sàn phẳng bê tông ứng lực trƣớc. Ở các nƣớc có nền xây dựng phát triển nhƣ Liên Xô (nay là Nga), Mỹ..., kết cấu sàn không dầm (còn gọi là sàn phẳng) đƣợc sử dụng khá rộng rãi. Ở nƣớc ta, sàn không dầm đã đƣợc biết tới từ lâu nhƣng số lƣợng công trình chƣa nhiều. Khi kết cấu sàn có nhịp lớn, việc sử dụng giải pháp sàn bê tông cốt thép thƣờng có nhiều hạn chế, do bề dày lớn, trọng lƣợng bản thân tăng lên sẽ làm tăng đáng kể độ võng và bề rộng vết nứt, do vậy cần thiết phải sử dụng giải pháp bê tông ƢLT. Với những ƣu thế nhƣ vậy, trong những năm tới có thể kết cấu dạng sàn phẳng sẽ đƣợc áp dụng rộng rãi hơn trong các công trình xây dựng dân dụng. Trong thực tiễn thiết kế sàn BTƢLT, việc chia dải tính toán có ảnh hƣởng đến việc bố trí cáp ứng lực trƣớc cũng nhƣ sự làm việc của sàn. Mục đích của luận văn là so sánh kết quả phân tích số theo 2 cách: - Phân tích theo cách chia theo dải trên cột và dải giữa nhịp tƣơng tự nhƣ sàn bê tông cốt thép thƣờng. - Phân tích theo cách chia dải rộng bằng bƣớc khung full strip”. 2. Mục đích nghiên cứu Mục đích của luận văn này là nghiên cứu ảnh hƣởng của việc chia dải tính toán đến việc bố trí cáp cũng nhƣ khả năng chịu lực của sàn BTƢLT khi chia dải phân tích theo 2 phƣơng pháp là chia theo dải trên cột và dải giữa nhịp và chia dải rộng bằng bƣớc khung, trên cơ sở đó đƣa ra nhận xét và đề xuất các lƣu ý trong thiết kế sàn BTƢLT 2 3. Phƣơng pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết: phƣơng pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết. - Dùng phần mềm Safe để mô hình và phân tích nội lực. 4. Phạm vi nghiên cứu - Sàn phẳng bê tông ứng lực trƣớc trong nhà cao tầng 5. Cấu trúc của luận văn Ngoài phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo trong luận văn gồm có các chƣơng nhƣ sau: CHƢƠNG 1. KHÁI NIỆM VỀ SÀN BÊ TÔNG ƢLT CHƢƠNG 2. TÍNH TOÁN VÀ CẤU TẠO SÀN BÊ TÔNG ƢLT CHƢƠNG 3. VÍ DỤ TÍNH TOÁN 3 CHƢƠNG 1 KHÁI NIỆM VỀ SÀN BÊ TÔNG ƢLT 1.1 Khái niệm về kết cấu bê tông ƢLT Bê tông có cƣờng độ cao và dẻo dai khi chịu nén nhƣng lại có cƣờng độ thấp và giòn khi chịu kéo nên, để cải thiện sự làm việc của nó, ngƣời ta thƣờng sử dụng biện pháp nén trƣớc những vùng bê tông sẽ chịu kéo dƣới các tác động bên ngoài. Việc nén trƣớc bê tông nhƣ vậy đã tạo ra một dạng kết cấu bê tông mới – kết cấu bê tông dự ứng lực. Kết cấu bê tông cốt thép ứng lực trƣớc, còn gọi là kết cấu bê tông cốt thép ứng lực trƣớc, hay bê tông tiền áp, hoặc bê tông dự ứng lực là kết cấu bê tông cốt thép sử dụng sự kết hợp ứng lực căng rất cao của cốt thép ứng lực trƣớc và sức chịu nén của bê tông để tạo nên trong kết cấu những biến dạng ngƣợc với khi chịu tải, ở ngay trƣớc khi chịu tải. Nhờ đó những kết cấu bê tông này có khả năng chịu tải trọng lớn hơn kết cấu bê tông thông thƣờng, hoặc vƣợt đƣợc những nhịp hay khẩu độ lớn hơn kết cấu bê tông cốt thép thông thƣờng. Các phƣơng pháp truyền thống tạo ứng lực trƣớc cho các kết cấu thông dụng: thùng lều gỗ, thùng rƣợu gỗ. Đai dây song giằng quanh thùng lều gỗ Đai thép giằng quanh thùng rƣợu gỗ Hình 1.1. Ứng lực trước của một số dụng cụ Lịch sử phát triển về vật liêu bê tông và kết cấu bê tông cốt thép ứng lực trƣớc đƣợc sơ lƣợc qua các mốc thời gian tiêu biểu nhƣ sau: 4 + Năm 1886, P.H .Jacksom, một kỹ sƣ ngƣời San Francisco, đã giành đƣợc bằng sáng chế nhờ việc buộc chặt các sợi dây thép vào bêtông khi thi công sàn nhà bằng phƣơng pháp cuốn vòm. + Năm 1888, C.E.W . Doehring, ngƣời Đức, cũng đã nhận đƣợc bằng sáng chế nhờ vào việc tạo nên lực kéo trƣớc vào kim loại đặt trong bêtông trƣớc khi chất thải của bản sàn. Những sáng chế kể trên đã không đạt đƣợc thành công do việc ứng lực trong cốt thép sớm bị mất mát do sự co ngót và từ biến cốt thép sau khi xảy ra co ngót và từ biến của bêtông, nhằm phục hồi một phần các ứng lực đã bị mất mát. + Năm 1925, R. E. Dill, ngƣời Nebraska, đã ứng dụng các thành cốt thép đƣợc sơn phủ nhằm tránh lực dính của bêtông, sau khi đổ bêtông, các thanh cốt thép đƣợc kéo và neo vào bêtông bằng các đại ốc, tuy nhiên phƣơng pháp nào này đã không đƣợc áp dụng vì những lí do kinh tế. + Năm 1928, sự phát triển của bêtông ƢLT hiện đại thực sự đƣợc khởi đầu bởi E. Freyssinet, ngƣời Pháp, với việc sử dụng các sợi thép ƢLT có cƣờng độ cao, tuy nhiên phƣơng pháp thực hành đầu tiên đƣợc tìm ra bởi E. Hoyer, ngƣời Đức. Với phƣơng pháp này các sợi thép đƣợc căng giữa hai bệ neo đặt cách nhau vài chục mét trƣớc khi đúc một vài cấu kiện trong các khuôn đặt giữa hai khối neo, khi bê tông đạt đủ cƣờng độ, sợi thép đƣợc cắt khỏi neo và sẽ gây nên ứng lực trƣớc trong các cấu kiện đó. Bêtông ƢLT thực sự đƣợc ứng dụng rộng rãi bởi độ tin cậy và tính kinh tế của nó, kể từ khi phƣơng pháp ƢLT bằng các thiết bị neo đƣợc xác minh. + Năm 1939, Freyssinet đã phát triển các neo có dạng nêm hình côn và các kích thủy lực hai chiều, vừa kéo cốt thép, vừa đẩy cho các nêm dạng côn lồng vào nhau tạo nên một kiểu neo rất chắc chắn. + Năm 1940, giáo sƣ ngƣời Bỉ G. Magnel cũng đã sang chế ra một hệ thống mang tên ông, trong đó hai sợi dây thép đƣợc kéo căng đồng thời và đƣợc neo bởi các nêm kim loại ở hai đầu. +Từ năm 1945, trong bối cảnh sau chiến tranh thế giới lần thứ hai và sự khan hiếm của thép xây dựng ở châu Âu, với đặc điểm là sử dụng ít thép hơn, bê tông ƢLT đã trở thành một vật liệu xây dựng đóng vai trò quan trọng. từ đó cho đến nay, 5 cùng với quá trình không ngừng đƣợc nghiên cứu và phát triển, bê tông ƢLT đã đƣợc các kỹ sƣ thiết kế, các nhà xây dựng công nhận nhƣ một giải pháp hoàn toàn tin cậy, an toàn, kinh tế và đƣợc ứng dụng rộng rãi trong xây dựng. Các phƣơng pháp gây ứng lực trƣớc + Phương pháp căng trước Cốt thép ƢLT đƣợc neo đầu cố định vào bệ còn đầu kia đƣợc kéo ra với lực kéo P. Dƣới tác dụng của lực P, cốt thép đƣợc trong giới hạn đàn hồi và sẽ bị giãn dài một đoạn và tƣơng ứng là ứng suất kéo trong cốt thép. Khi đó, đầu còn lại của cốt thép đƣợc cố định nốt vào bệ. Hình 1.2. Sơ đồ phương pháp căng trước a) Căng và cố định cốt thép ƢLT; b) Sau khi buông thép ƢLT c) Chế tạo đồng thời các cấu kiện ƢLT Tiếp đó, đặt các cốt thép thông thƣờng khác rồi đổ bê tông. Đợi cho bê tông đạt đƣợc cƣờng độ cần thiết thì thả các cốt thép ƢLT rời khỏi bệ. nhờ tính đàn hồi, các cốt thép này có xu hƣớng co lại và thông qua lực dính giữa nó với bê tông trên suốt chiều dài cấu kiện, cấu kiện sẽ bị nén với giá trị bằng lực P đã dung khi kéo cốt thép. Phƣơng pháp căng trƣớc tỏ ra ƣu việt đối với những cấu kiện sản xuất hang loạt trong nhà máy.(hình 1.2c). 6 + Phương pháp căng sau Trƣớc hết đặt các cốt thép thông thƣờng và các ống rảnh bằng tôn, kẽm hoặc bằng vật liệu khác để tạo các rãnh dọc, rồi đổ bêtông (hình 1.3a). Khi bêtông đạt đến cƣờng độ nhất định thì tiến hành luồn và căng cốt thép ULT tới ứng suất quy định (hình 1.3b). Sau khi căng xong, cốt thép ULT đƣợc neo chặt và cấu kiện (hình 1.3c).Thông qua các neo đó, cấu kiện sẽ bị nén bằng lực đã dùng khi kéo căng cốt thép. Tiếp đó, ngƣời ta đã bơm vữa vào trong ống rãnh để bảo vệ cốt thép khỏi bị ăn mòn và tạo ra lực dính giữa bêtông và cốt thép. Đó là loại bêtông ULT có bám dính. Ngoài ra, ngƣời ta còn dùng loại bêtông ƢLT không bám dính, cốt thép (thƣờng là các bảy sợi) đƣợc đặt trong những ống nhựa đặc biệt có chứa đầy mỡ chống gỉ. Ống nhựa chứa cốt thép đƣợc đặt cùng một lúc với việc đặt cốt thép thƣờng. sau khi đổ bêtông và bê tông đủ cƣờng độ, ngƣời ta căng cốt thép, neo cốt thép và đổ bêtông bảo vệ đầu neo. Cốt thép nằm trong ống mỡ nên giữa cốt thép và bê tông không tồn tại lực dính. Hình 1.3. Sơ đồ phương pháp căng sau a) Bố trí ống chờ và đổ bê tông cấu kiện; b) Trong quá trình căng; c) Sau khi căng Phƣơng pháp căng sau đƣợc sử dụng thích hợp để chế tạo các cấu kiện mà yêu cầu phải có lực nén bêtông tƣơng đối lớn hoặc các cấu kiện phải đổ bêtông tại chỗ. 7 1.2 Sàn phẳng bê tông ƢLT Kết cấu sàn bê tông ứng suất trƣớc căng sau đƣợc sử dụng cho nhà nhiều tầng lần đầu tiên ở Mỹ vào những năm năm mƣơi của thế kỷ XX. Trong những năm sau đó, việc ứng dụng loại kết cấu này đƣợc mở rộng sang nhiều nƣớc trên thế giới. Ở nƣớc ta kết cấu sàn bê tông ứng suất trƣớc căng sau đã đƣợc đƣa vào ứng dụng thực tế tại công trình Nhà điều hành Đại học Quốc gia Hà nội năm 1997. Hiện nay loại kết cấu này đã đƣợc ứng dụng cho nhiều công trình khác ở Hà Nội, Tp Hồ Chí Minh… Kết cấu sàn bê tông ứng suất trƣớc căng sau trong công trình nhà nhiều tầng có các ƣu điểm sau : Làm tăng độ cứng của kết cấu, do vậy cho phép giảm đƣợc kích thƣớc tiết diện, giảm đƣợc trọng lƣợng bản thân kết cấu và vƣợt đƣợc các khẩu độ lớn; Có khả năng khống chế sự hình thành vết nứt và độ võng; Tiết kiệm đƣợc vật liệu bêtông và cốt thép do việc sử dụng vật liệu cƣờng độ cao. Trong kết cấu công trình dân dụng, hệ thống sàn đƣợc quan tâm nhiều nhất khi áp dụng công nghệ ứng lực trƣớc là do: sàn là bộ phận kết cấu có chi phí đáng kể nhất, chiếm phần lớn khối lƣợng BTCT so với các cấu kiện khác. Việc giảm trọng lƣợng bản thân sàn sẽ kéo theo việc giảm khối lƣợng vật tƣ cho nhiều kết cấu khác nhƣ cột, tƣờng móng, … Tiến độ thi công sàn tăng nhanh, do sử dụng bê tông mác cao kết hợp với phụ gia. Một số công trình đã đƣợc xây dựng cho thấy tiến độ thi công trung bình 7-10 ngày/ tầng cho diện tích xây dựng 400-500m2/sàn. Công tác và khuôn khá đơn giản nhất là với loại sàn không dầm, đƣợc sử dụng chủ yếu trong nhà cao tầng có sàn ứng lực trƣớc. Ngoài ra việc mở rộng lƣới cột, giảm chiều cao tầng nhà và các thiết bị, phụ kiện phục vụ cho việc gây ứng lực trƣớc ngày càng đƣợc hoàn thiện, 8 gọn nhẹ và hiệu quả, cũng đóng góp nhiều phần quan trọng vào sự thành công của sàn bê bê tông ứng lực trƣớc. Tùy theo giải pháp kiến trúc, sơ đồ kết cấu, kích thƣớc lƣới cột và tải trọng, sàn bê tông ứng lực trƣớc đƣợc thiết kế chịu lực theo một hay hai phƣơng. Các dạng khác nhau của sàn bê tông U7LT căng sau theo sơ đồ kết cấu bao gồm : - Sàn sƣờn có bản dầm - Sàn sƣờn có bản kê 4 cạnh - Sàn không dầm ( sàn phẳng có mũ cột hoặc không) Hình 1.4. Các dạng dầm sàn dùng trong nhà cao tầng 1.2.1 Bản dầm và bản kê bốn cạnh Bản dầm có cố thép chính bố trí dọc theo phƣơng làm việc của sàn(chiều dài sàn). Gối tựa của sàn kéo dài liên tục trên bề rộng của sàn. Quy trình thông thƣờng để thiết kế bản dầm ƢLT là xét một dải bản rộng 1m theo chiều dài sàn và tính toán nhƣ đối với cấu kiện dầm. Mặt dù thép ƢLT chính đƣợc bố trí dọc theo một phƣơng, có thể sử dụng thép ƢLT theo phƣơng ngang để hạn chế co ngót hoặc phân bổ ứng suất khi có sự tập trung tải trọng. 9 Đa số sàn trong thực tế làm việc theo 2 phƣơng. Tuy nhiên sự làm việc 1 phƣơng hay 2 phƣơng liên quan chặt chẽ đến khái niệm đƣờng truyền tải trọng, đây là đƣờng mà tải trọng đƣợc kết cấu tiếp nhận và truyền về gối tựa. Ngƣời thiết kế là ngƣời chọn đƣờng truyền tải và do đó có thể có nhiều đƣờng truyền tải khác nhau cho kết cấu. Xem ví dụ trên hình 1.5 (a), dầm đơn giản truyền tải trọng F về gối tựa A và B qua moment và lực cắt trên các tiết diện dầm. Hệ kết cấu làm việc theo 1 phƣơng, dọc AB. Hình 1.5. Hệ dầm các phương Trên hình 1.5(b) có hệ 2 dầm vuông góc nhau chịu tải trọng F. Trên mặt cắt của hệ dầm theo cả 2 phƣơng AB, CD đều có moment và lực cắt làm phƣơng tiện truyền tải. Hệ này làm việc theo hai phƣơng. Chia sẻ giữa 2 phƣơng trong thực tế để truyền lực F phụ thuộc vào: độ cứng 2 dầm trƣớc khi xuất hiện vết nứt, hàm lƣợng cốt thép làm việc sau khi nứt. Vấn đề chính sẽ là chọn đƣờng truyền tải phù hợp trên cơ sở xem xét các đƣờng truyền khả dĩ có thể áp dụng trong phạm vi độ lớn của tải trọng F. Ngƣời thiết kế hoàn toàn có thể chọn và cấu tạo cốt thép theo đƣờng truyền tải trên chỉ một phƣơng CD, và coi phƣơng đó truyền toàn bộ tải trọng F. Tất nhiên phƣơng án đó là không hợp lý. Đƣờng truyền tải nên là 2 phƣơng theo một số phƣơng án nhƣ trên hình 1.6. 10 Hình 1.6. Đường truyền tải theo một số phương án Bây giờ xét một sàn truyền tải trọng P ở giữa ô bản về 4 gối tựa ở góc nhƣ trên hình 1.7. Có 2 cách để gán đƣờng truyền tải. Trong mô hình băng sàn, tải P đƣợc truyền từ băng CD-AB về 2 băng AB và CD. Nhìn theo mặt đứng, băng theo từng phƣơng đều phải chịu đủ tải P. Tƣơng tự nhƣ vậy suy ra cho phƣơng pháp dải sàn. Mỗi dải theo một phƣơng phải truyền đƣợc ½ tải P nhƣ hình vẽ. Nhƣ vậy khi chia dải cho sàn 2 phƣơng, phải chia đủ theo 2 phƣơng vuông góc và mỗi phƣơng dồn đủ tải chứ không phải là mỗi phƣơng chịu 1 phần tải sàn nhƣ tự nhiên chúng ta nghĩ. Hình 1.7. Mô hình bằng băng sàn và dải sàn Đối với kết cấu bêtông, nhiều yếu tố ảnh hƣởng đến đƣờng truyền tải: hình học, việc đặt cốt thép, cáp ULT, phân bố và độ lớn của tải trọng. Đƣờng truyền tải áp dụng cho kết cấu có thể thay đổi sau khi nứt và huy động cốt thép làm việc. Và thông thƣờng đƣờng truyền tải thực tế của sàn khác với đƣờng truyền tải gán bởi 11 ngƣời thiết kế cũng nhƣ có vài đƣờng truyền tải khả dĩ về các gối tựa. Do đó sự làm việc 1 phƣơng hay 2 phƣơng nhiều khi là do quan niệm thiết kế hơn là bản chất tự nhiên của sàn. Hãy xét ảnh hƣởng của hệ dầm tới sự truyền tải của sàn. Dầm xem nhƣ một phần sàn đƣợc làm dày lên giữa các gối tựa (cột, vách), đóng vai trò gối tựa cho sàn thông qua độ cứng chống uốn lớn của nó. Trong sàn ULT dầm còn đóng vai trò cung cấp thêm không gian để đặt cáp. + Hệ dầm sàn 1 phương Nhƣ trong hình 1.8, nhịp dầm bằng 3-4 lần nhịp sàn. Sàn làm việc 1 phƣơng nên phƣơng cáp chính là phƣơng dầm, có thể đặt cáp cho phƣơng còn lại để khống chết nứt do co ngót và nhiệt độ. Dầm cũng là hệ 1 phƣơng, chịu tải từ diện truyền tải sàn về nó nhƣng cánh chữ T kể vào chịu uốn có chiều rộng nhỏ hơn. Hình 1.8. Hệ dầm sàn 1 phương + Hệ dầm sàn 2 phương Đây là hệ làm việc 2 phƣơng và thƣờng dùng phổ biến cho sàn thƣờng hơn là sàn ULT. (hình 1.9) Dầm đƣợc tính độc lập theo 1 trong 2 mô hình nhƣ trong hình với diện truyền tải là cùng tô gạch chéo trên sàn. Dầm chịu tải hình thang hoặc tam giác truyền về và có kể đến cánh chữ T chịu uốn với chiều rộng nhỏ hơn hoặc bằng chiều rộng truyền tải lớn nhất. Nếu tính theo phƣơng pháp Khung tƣơng đƣơng, mô hình dầm và sàn cùng làm việc với nhau trong diện truyền tải, chiều rộng cánh chữ T hữu hiệu bằng và có thể lớn hơn diện truyền tải. Tất nhiên tính dầm theo trƣờng hợp thứ 2 sẽ ra thép nhiều hơn. 12 a) Mặt bằng b) Mô hình khung đơn giản c) Mô hình khung tương đương Hình 1.9. Hệ dầm sàn 2 phương + Dầm bẹt 1 phương Đây là phƣơng án kinh tế hơn cho sàn ULT với lƣới cột 2 phƣơng có tỉ lệ 1.5-2.5 (hình 1.10) Dầm bẹt coi nhƣ 1 băng sàn với chiều dày lớn hơn đi qua cột theo phƣơng nhịp lớn. Chiều dày của bản sàn chỉ cần chọn theo nhịp bé. Chú ý đây là hệ làm việc 2 phƣơng trong cả TTGH1 (sau nứt) và TTGH2. Thƣờng đƣợc tính toán bằng phƣơng pháp khung tƣơng đƣơng. Hình 1.10. Dầm bẹt 1 phương (banded beam) 1.2.2 Sàn phẳng bê tông ƯLT Sàn phẳng là sàn có bản kê trực tiếp lên cột. Sàn phẳng có 2 loại: + Sàn không dầm có mũ cột (sàn nấm): là sàn tại vị trí đầu cột có thể đƣợc làm loe ra thành mũ cột để bản liên kết với cột đƣợc chắc chắn, đảm bảo cƣờng độ chống đâm thủng của bản, đồng thời làm giảm nhịp tính toán của bản và làm mô men đƣợc phân ra một cách đều đặn theo bề rộng bản.