Bài giảng Kết cấu công trình: Khung bêtông cốt thép

Môn học: KẾT CẤU BÊTÔNG CỐT THÉP 
 Ngành: Xây dựng dân dụng và công nghiệp
 KHUNG BÊTƠNG CỐT THÉP
 KHOA XÂY DỰNG, TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM
§1.KHÁI NIỆM CHUNG
. Khung: cột + dầm , liên kết với nhau bằng mắt cứng hoặc khớp, cùng
với sàn và mái tạo nên một kết cấu không gian có độ cứng lớn.
. Khungkhôngdầm: bản sàn + cột ; cho phép tạo trần phẳng, giảm
chiều cao tầng, dễ làm ván khuôn, dễ đặt cốt thép và đổ bêtông 
.Nút khung:
  Cứng: độ cứng của khung cao, biến dạng ít, moment uốn phân
 phối tương đối đều đặn hơn ở đầu mút và giữa các thanh làm việc
 hợp lý hơn, vượt nhịp lớn hơn.
 Khớp: độ cứng của khung giảm, tải trọng gây moment cho bộ
 phận chịu trực tiếp tác dụng của nó làm việc ít hợp lý.
 *** Khung là một hệ siêu tĩnh, chọn tỷ lệ độ cứng hợp lý giữa các cấu kiện
 phân phối nội lực hợp lý giữa các bộ phận
 giảm biến dạng, bảo đảm bền vững.
§1.KHÁI NIỆM CHUNG
Phân loại khung
.Phương pháp thi công:
 Khung toàn khối
 Khung lắp ghép
 Khung bán lắp ghép
. Số nhịp, số tầng: 1/ nhiều nhịp , 1/ nhiều tầng .
. Khung tĩnh định và khung siêu tĩnh
. Khung phẳng và khung không gian
. Nhà khung và nhà kết hợp (vách, lõi cứng)
§1.KHÁI NIỆM CHUNG
 Vierendeel girder
 MỘT SỐ SƠ ĐỒ KHUNG 
§1.KHÁI NIỆM CHUNG
§1.KHÁI NIỆM CHUNG
 SO SÁNH KHUNG CÓ NÚT CỨNG VÀ NÚT KHỚP
 KHUNG CÓ LIÊN KẾT KHỚP CỘT VỚI MÓNG
§1.KHÁI NIỆM CHUNG
 KHUNG PORTAL CHỊU TẢI TRỌNG THẲNG ĐỨNG
 KHÔNG KHỚP
 HAI KHỚP
 BA KHỚP
 Biểu đồ moment uốn
§1.KHÁI NIỆM CHUNG
 KHUNG PORTAL CHỊU TẢI TRỌNG THẲNG ĐỨNG
 KHÔNG KHỚP
 HAI KHỚP
 BA KHỚP
 Biểu đồ biến dạng
§1.KHÁI NIỆM CHUNG
 KHUNG PORTAL CHỊU TẢI TRỌNG NGANG
 KHÔNG KHỚP
 HAI KHỚP
 BA KHỚP
 Biểu đồ moment uốn
§1.KHÁI NIỆM CHUNG
 KHUNG PORTAL CHỊU TẢI TRỌNG NGANG
 KHÔNG KHỚP
 HAI KHỚP
 BA KHỚP
 Biểu đồ biến dạng
§1.KHÁI NIỆM CHUNG
Ảnh hưởng của độ cứng tương đối giữa các cấu kiện 
đến sự phân phối nội lực trong khung
 Dầm 300x900 Dầm 300x700 Dầm 300x700
 Cột 300x300 Cột 300x600 Cột 300x700
 Dầm 300x700 Dầm 300x700 Dầm 300x700
 Cột 300x300 Cột 300x400 Cột 300x500
 §1.KHÁI NIỆM CHUNG
Ngàm hai khớp?
Dầm nhịp 10m; Cột cao 5m
 2
M0 = ql /8 = 25 
idầm/icột = ?
Nhận xét ?
§1.KHÁI NIỆM CHUNG
§1.KHÁI NIỆM CHUNG
§1.KHÁI NIỆM CHUNG
SƠ ĐỒ KẾT CẤU KHUNG
. Khung phẳng:
Các bộ phận nằm trong cùng một mặt phẳng và các tải trọng tác dụng
trong mặt phẳng đó
. Khung không gian:
Các bộ phận không cùng nằm trong một mặt phẳng hoặc tuy cùng nằm
trong một mặt phẳng nhưng có chịu tải trọng tác dụng ngoài mặt phẳng
khung.
.Nhà khung: hệ khung chịu tải đứng và ngang
. Nhà kết hợp (với lõi cứng, vách cứng): khung chịu phần tải đứng trực
tiếp truyền vào nó và phần tải trọng ngang được phân phối cho nó.
*** Hệ khung là hệ không gian, nhưng sự làm việc và tính toán có thể
theo sơ đồ không gian hoặc sơ đồ phẳng tùy tải trọng tác dụng và mức
độ gần đúngchấp nhận được.
SƠ ĐỒ KẾT CẤU KHUNG
KHUNG CHỊU TẢI TRỌNG THẲNG ĐỨNG
 panen sàn
 sàn toàn khối
 sàn toàn khối
 TRUYỀN TẢI TRỌNG THẲNG ĐỨNG TỪ SÀN VÀO KHUNG
 Khung phẳng hay khung không gian?
 SƠ ĐỒ KẾT CẤU KHUNG
 Khung phẳng hay 
 KHUNG CHỊU TẢI TRỌNG NGANG (GIÓ) khung không gian?
GIÓ
 Ù
 IO
 G
 GIÓ
 CÁC TRƯỜNG HỢP HỆ KHUNG CHỊU TẢI TRỌNG NGANG
 GIÓ
 GIÓ
 GIÓ
 GIÓ
§2.KHUNG BÊTÔNG CỐT THÉP TOÀN KHỐI
1. NHỮNG SƠ ĐỒ CƠ BẢN
 Nhà một tầng
 Xà ngang chịu chủ
 (a) yếu chịu uốn, nhịp 
 15m
 Xà ngang chịu nén 
 (b) lệch tâm, lực nén làm 
 giảm ứng suất kéo ở 
 thớ dưới của dầm 
 vượt nhịp đến 18m với 
 (c) xà ngang gãy khúc, và 
 hơn 18m với xà ngang 
 cong.
 (d) Cột, dầm nặng nề 
 hơn; móng nhẹ hơn
 Nếu dùng BTCT ứng lực trước, các sơ đồ a, b có thể đạt nhịp 30 50m
§2.KHUNG BÊTÔNG CỐT THÉP TOÀN KHỐI
1. NHỮNG SƠ ĐỒ CƠ BẢN
 Nhà một tầng
§2.KHUNG BÊTÔNG CỐT THÉP TOÀN KHỐI
1. NHỮNG SƠ ĐỒ CƠ BẢN
 Nhà nhiều tầng
 . Khung chịu cả tải ngang và tải đứng cần cấu tạo nút cứng, cột
 ngàm với móng.
 . Nếu có vách cứng, lõi cứng chịu tải ngang; khung chỉ chịu tải
 đứng có thể cấu tạo nhiều nút khớp cho khung, xà ngang có thể
 làm giống nhau cho các tầng.
§2.KHUNG BÊTÔNG CỐT THÉP TOÀN KHỐI
 2. CẤU TẠO KHUNG TOÀN KHỐI
2. CẤU TẠO KHUNG TOÀN KHỐI
 2.1. CẤU TẠO CỘT VÀ XÀ NGANG
  Xà ngang
 -thẳng: cấu tạo như cấu kiện chịu uốn (N nhỏ, có thể bỏ qua)
 - cong,gãy khúc với độ dốc lớn: cấu kiện chịu nén (hoặc kéo)
 lệch tâm (N đáng kể )
 Cột
 -Chịu cả M, N, Q. Nếu lực nén N khá lớn thì tác dụng phá hoại
 của Q bị hạn chế cấu tạo cột như cấu kiện chịu nén lệch tâm.
 - Nếu cột chịu kéo LT thì cần quan tâm đến lực cắt.
 -Cốtthépdọc:max=3,5% 4% (một số tiêu chuẩn lấy max đến
 6%)
 - Khi hàm lượng cốt thép lớn  =68% (nhà nhiều tầng) cần
 cốt đai dày hơn, trên tiết diện thì các cốt dọc phải được giằng lại
 bằng cốt đai hoặc các thanh giằng để hạn chế sự nở ngang của BT.
 Có thể dùng cốt cứng cho dầm và cột, lúc đó cột, max < 15%.
2. CẤU TẠO KHUNG TOÀN KHỐI
 2.1. CẤU TẠO CỘT VÀ XÀ NGANG
2. CẤU TẠO KHUNG TOÀN KHỐI
 2.1. CẤU TẠO CỘT VÀ XÀ NGANG
 CỐT THÉP CỘT
CỐT THÉP CỘT
2. CẤU TẠO KHUNG TOÀN KHỐI
 2.1. CẤU TẠO CỘT VÀ XÀ NGANG
 CỐT THÉP CỘT
 .Khi chịu nén, cốt thép dọc có thể bị cong phá vỡ lớp bêtông bảo
 vệ . Cốt đai giữ cho cốt dọc không bị cong và bật ra ngoài cốt đai
 chịu kéo phải neo chắc chắn.
 . Yêu cầu kháng chấn: đai dày hơn trong đoạn gần sát nút
 khung.Đặt đai cột trong phạm vi nút khung khi nút khung có dầm
 liên kết từ 3 mặt bên trở xuống.
2. CẤU TẠO KHUNG TOÀN KHỐI
 2.2. CẤU TẠO NÚT KHUNG
 (a), (b) nút khung BTCT toàn khối
 (c) cột gối khớp vào móng
2. CẤU TẠO KHUNG TOÀN KHỐI
 2.2. CẤU TẠO NÚT KHUNG
 NÚT Ở GÓC
 e /h 0,25
 0 0,25 e0/h 0,5
 e0/h > 0,5
 Nnhỏ,Mlớn độ lệch tâm lớn, phải neo thép chịu kéo của dầm, cột
 thận trọng. Có thể tạo nách để tránh ứng suất nén tập trung tại mắt, tăng
 khả năng chịu momen của dầm.
2. CẤU TẠO KHUNG TOÀN KHỐI
 2.2. CẤU TẠO NÚT KHUNG
NÚT Ở BIÊN
 NÚT Ở GIỮA
2. CẤU TẠO KHUNG TOÀN KHỐI
 2.2. CẤU TẠO NÚT KHUNG
 M
 1600
 3 
 S h tg
Ở CHỖ XÀ NGANG GÃY KHÚC 8
 M
 < 1600
 Pk RaFabsin 
 Pk = (2 RaFa1 + 0,7RaFa2)cos 
 = ½ 
2. CẤU TẠO KHUNG TOÀN KHỐI
 2.2. NÚT KHUNG
2. CẤU TẠO
 KHUNG 
 TOÀN KHỐI
 2.2. NÚT KHUNG
2. CẤU TẠO KHUNG TOÀN KHỐI
 2.2. CẤU TẠO NÚT KHUNG
2. CẤU TẠO KHUNG TOÀN KHỐI
 2.2. CẤU TẠO NÚT KHUNG
2. CẤU TẠO KHUNG TOÀN KHỐI
 2.2. CẤU TẠO NÚT KHUNG
2. CẤU TẠO KHUNG TOÀN KHỐI
 2.2. CẤU TẠO NÚT KHUNG
2. CẤU TẠO KHUNG TOÀN KHỐI
 2.2. NÚT KHUNG
2. CẤU TẠO KHUNG TOÀN KHỐI
§3.KHUNG BTCT LẮP GHÉP VÀ BÁN LẮP GHÉP
1. KHÁI QUÁT
 Các cấukiện đúc sẵn đượcchế
 tạotại nhà máy (sau đĩvận
 chuyển đến cơng trường) hoặc
 tại bãi đúc tại cơng trường
§3.KHUNG BTCT LẮP GHÉP VÀ BÁN LẮP GHÉP
1. KHÁI QUÁT
 MỘT SỐ SƠ ĐỒ KHUNG LẮP GHÉP
 Ưu điểm của khung lắp ghép
 -Cĩ thể sử dụng vật liệu cường độ cao. Chịu lửa tốt, sản phẩm đúc sẵn
 cĩ bề mặt hồn thiện đẹp, giảm được chi phí vật liệu và nhân cơng
 hồn thiện (tơ trát) như BTCT tại chỗ.
 -Kiểm sốt tốt chất lượng cấu kiện đúc sẵn trong nhà máy.
 -Hình dạng tiết diện cĩ thể được chọn để tối ưu về chịu lực; hoặc trong
 cơng trình với hoạt tải lớn và cần nhiều hệ thống kỹ thuật thì cĩ thể
 chọn hình dạng tiết diện sao cho dễ dàng bố trí các hệ thống ống kỹ
 thuật đĩ.
 -Tiết kiệm được ván khuơn cây chống, thi cơng nhanh.
§3.KHUNG BTCT LẮP GHÉP VÀ BÁN LẮP GHÉP
1. KHÁI QUÁT
 Nhược điểm của khung lắp ghép
 -Nếu chỉ sản xuất một cấu kiện đúc sẵn thì đắt hơn cấu kiện tồn khối
 tương đương. Số lượng cấu kiện đúc sẵn giống nhau phải rất lớn thì
 mới kinh tế.
 -Phải quan tâm đến tải trọng phát sinh trong quá trình vận chuyển và
 lắp dựng, đơi khi chúng cĩ thể lớn hơn cả tải trọng lúc sử dụng.
 -Phải định hình hĩa các cấu kiện đúc sẵn nên hình thức kiến trúc khĩ
 đa dạng. Do cần rất nhiều cấu kiện đúc sẵn giống nhau (để tái sử
 dụng ván khuơn và chuẩn hĩa quy trình lắp dựng) nên kiến trúc cơng
 trình cần đơn giản và cĩ tính lặp lại.
§3.KHUNG BTCT LẮP GHÉP VÀ BÁN LẮP GHÉP
1. KHÁI QUÁT
 . Nguyên lý chịu lực của khung lắp ghép nhìn chung giống khung
 tồn khối. Hầu hết các tấm sàn đúc sẵn chịu lực một phương, nhưng
 cũng cĩ thể cấu tạo cho nĩ chịu lực hai phương.
 . Kết cấu bao gồm các cấu kiện cột, dầm, sàn đúc sẵn rồi được lắp
 ghép tại cơng trường tương tự như khung thép. Liên kết dầm-cột cĩ
 thể là nút khớp hoặc nút cứng, tùy cách cấu tạo.
 . Nếu khung dùng nút khớp, cần bố trí hệ thống giằng dưới dạng
 tường chèn (tại chỗ hoặc lắp ghép) hoặc các thanh chéo.
 . Khung cĩ nút cứng thì cĩ thể tự giằng (như khung tồn khối). Vị trí
 mối nối giữa các cấu kiện được bố trí tránh chỗ giao giữa dầm và
 cột. Lúc đĩ các cấu kiện đúc sẵn sẽ cĩ hình dạng khá phức tạp, cĩ
 thể gây khĩ khăn cho việc chất kho và vận chuyển.
§3.KHUNG BTCT LẮP GHÉP VÀ BÁN LẮP GHÉP
1. KHÁI QUÁT
 . Mặt bằng lưới cột dạng chữ nhật, hoặc chạy dài để dễ dàng chuẩn
 hĩa các cấu kiện, nhưng cũng cĩ thể dùng lưới cột khơng đều.
 .Cột thuờng cĩ tiết diện chữ nhật, hoặc tiết diện khác để dễ dàng bố
 trí dầm. Thường dùng dầm cĩ tiết diện chữ T lật ngược, vì nĩ dễ dàng
 làm gối cho các tấm sàn đơn giản.
 .Tấm sàn chịu lực một phương, thường cĩ tiết diện đặc, rỗng cĩ lỗ
 hoặc tiết diện T. Các tiết diện này thích hợp cho mặt bằng chữ nhật,
 hoặc cĩ thể hình thoi. Nếu mặt bằng nhà biến đổi nhiều thì nên dùng
 sàn tồn khối.
 .Nếu dùng tường chịu lực đúc sẵn làm hệ giằng trong mặt phẳng
 thẳng đứng, thì tường này vừa đỡ sàn vừa chịu tải trọng ngang.Lõi
 cứng giằng thường bố trí cung quanh khu vực thang máy hoặc cầu
 thang bộ. Các tường giằng nên bố trí theo cả hai phương ngang và
 dọc của mặt bằng nhà, và càng đối xứng càng tốt.
§3.KHUNG BTCT LẮP GHÉP VÀ BÁN LẮP GHÉP
1. KHÁI QUÁT
 Bố tri kết cấu BTCT đúc sẵn
(a)Mặtbằng điển hình, hệ khung
(cột–dầm) đỡ các tấmsànđúc
sẵnchịulựcmộtphương
(b) và (c) tấmsàncĩthể cĩ tiết
diện đặchoặc cĩ gân tùy chiều
dài nhịp sàn.
§3.KHUNG BTCT LẮP GHÉP VÀ BÁN LẮP GHÉP
1. KHÁI QUÁT
 Nhịp và kích thước tiết diện các cấu kiện bêtơng đúc sẵn
 Nhịp sàn Nhịp dầm Chiều dày sàn Chiều cao dầm
 (m) (m) (mm) (mm)
 4 6.0 140 450
 5 7.5 140 600
 6 9.0 150 700
 7 10.5 190 800
 8 12.0 190 1000
 9 13.5 190 1150
 10 15.0 250 1300
 11 16.5 250 1400
 12 18.0 250 1500
 §3.KHUNG BTCT LẮP GHÉP VÀ BÁN LẮP GHÉP
 1. KHÁI QUÁT
Khi nhà bêtơng đúc sẵn dùng nút cứng, để kết cấu cĩ thể tự giằng; vị trí 
mối nối giữa các cấu kiện đúc sẵn được bố trí tránh chỗ giao giũa dầm và 
cột.
§3.KHUNG BTCT LẮP GHÉP VÀ BÁN LẮP GHÉP
 2. MỐI NỐI
 a-Mối nối khô
 -Hàn các chi tiết thép đặt sẵn (thép I, C,L, thép tấm) vào cốt thép chịu lực của
 cấu kiện hoặc chôn vào bêtông nhờ các thanh neo .
 -Mọi nội lực (kéo, nén, cắt ) đều được truyền qua các chi tiết đặt sẵn.
 -Ưu điểm: chịu được lực ngay sau khi hàn lắp ghép tiếp các cấu kiện khác.
 -Nhược điểm :chi phí thép cao, đòi hỏi tay nghề công nhân cao.
 b-Mối nối ướt
 -Đặt cốt thép liên kết các cốt thép chịu lực của các cấu kiện rồi đổ BT tại chỗ
 vào mối nối.
 -Nội lực trong các cốt thép và đôi khi cả lực cắt được truyền qua các chi tiết
 bằng thép, còn nội lực trong bêtông (chủ yếu là lực nén) thù truyền qua bêtông
 mới đổ vào mối nối.
 -Ưu điểm: dễ thi công, ít tốn thép, mối nối được bảo vệ tốt .
 -Nhược điểm: phải chờ BT khô cứng mới bảo đảm khả năng chịu tải.
§3.KHUNG BTCT LẮP GHÉP VÀ BÁN LẮP GHÉP
 2. MỐI NỐI
 Sơ đồ nội lực
 ở mối nối
 mối nối ướt
 mối nối khô
§3.KHUNG BTCT LẮP GHÉP VÀ BÁN LẮP GHÉP
2. MỐI NỐI
§3.KHUNG BTCT LẮP GHÉP VÀ BÁN LẮP GHÉP
 2. MỐI NỐI
 Nút khớp (chỉ cĩ khả năng 
 truyền lực cắt và lực dọc) trong 
 khung bêtơng đúc sẵn.