Chương 13

KÕt cÊu khung btct


§1. Khái niệm chung
1. Khái niệm
- Khung là một hệ kết cấu gồm các cột liên kết với các dầm bằng các nút cứng hoặc
khớp và liên kết với móng là ngàm hoặc khớp tại mặt móng tạo thành hệ bất biết hình

2. Phân loại
 Theo phương pháp thi công:

- Khung BTCT toàn khối
- Khung BTCT lắp ghép
 Theo sơ đồ kết cấu:

- Khung có nút cứng
- Khung có nút khớp
- Khung 1 tầng
- Khung nhiều tầng
- Khung 1 tầng 1 nhịp
- Khung nhiều tầng nhiều nhịp

Khung toàn khối

Khung lắp ghép


3. Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng
 Ưu điểm

- Khung BTCT có độ cứng tương đối cao, khả năng chịu tải trọng đứng và ngay tốt
- Cho phép sử dụng không gian linh hoạt
 Phạm vi sử dụng
- Sử dụng rọng rãi trong XD Đ, CN, và GT để làm khung nhà, khung đỡ các đường ống,
đáy xilo, tháp nước, cầu, …

4. Phân tích một số sơ đồ khung
 Khung có nút cứng

- Độ cứng cao, vượt được nhịp lớn
- M phân phối tương đối đều (thanh làm việc hợp lý)


 Khung có nút khớp
- Độ cứng khung nhỏ
- M tại bộ phận trực tiếp chịu tải trọng lớn
- Thích dụng với nhà lắp ghép
 Khung có liên kết cột với móng là ngàm
- M đầu cột và đầu dầm nhỏ
- Rễ cấu tạo

 Sử dụng nhiều
 Khung có liên kết cột với móng là khớp
- M chân cột nhỏ

 cho phép giảm đế móng
- Giảm bậc siêu tĩnh
 cho phép giảm nội lực phụ do lún
không đều do co ngót, từ biế
 S/d nhà thấp tầng nền đất yếu

 Kết Luận: Tùy từng trường hợp cụ thể chọn sơ đồ khung cho thích


§2. Cấu tạo nút khung toàn khối
1. Cấu tạo dầm
- Dầm thẳng: M, Q  Cấu tạo như cấu kiện chịu uốn
- Dầm gãy khúc hoặc công: M, N, Q  Cấu tạo như cấu kiện chịu nén lệch tâm

2. Cấu tạo cột
- M, N lớn  Cấu tạo như cấu kiện chịu nén lệch tâm
- Q: Tính móng và kiểm tra tiết diện chân cột
- µ ≤ 3% : Xem cấu kiện cơ bản (Bê tông 1)
- µ > 3% (6 ÷ 8%) cần chú ý:
- Tất cả các cốt dọc đều phải ở góc đai
- Bước đai s ≤ 10d2
- Dùng cốt cứng: (tham khảo)


2. Cấu tạo nút khung
 Yêu cầu:
- Rễ thi công
- Đảm bảo được tính chất làm việc của nút
 Nếu kiên kết khớp: rễ xoay
 Nếu liên kết cứng: - Không bị phá vỡ khi chịu lực
- Cốt thép không bị kéo tuột
 Cấu tạo:
Nút biên tầng trên cùng:
M đầu cột lớn
N nhỏ


 Độ lệch tâm e0 lớn  Chú ý neo cốt thép

Ứng suất cục bộ lớn  mở nách

+

+
-

-


e0
≤ 0,25
h

0,25 <

e0
< 0,5
h

e0
≥ 0,5
h


Nút trung gian tầng trên cùng:
Nút trung gian:


Nút biên tầng trung gian:

Uốn khi tgα = 1/6


 Nối thép cột
-Vị trí: thường ở mặt sàn tầng, mặt móng
- Lượng thép chờ: AS chờ ≥ AS y/c tầng trên
- Số vị trí nối:

e0
≤ 0,2 ⇒ 1 vị trí
h
e0
> 0,2 ⇒
h

≤ 4 thanh/cạnh  1 vị trí
5 ÷ 8 thanh/cạnh  2 vị trí
> 8 thanh/cạnh  3 vị trí

Tại mỗi vị trí nối:

≤ 25% - thép trơn
≤ 50% - thép gờ

(Khoảng cách nối =40d)


- Mối nối giữa cột với móng

Mối nối cứng (ngàm) dùng phổ biến
Mối nối khớp


 Cấu tạo dầm khung gẫy khúc
Góc lõm thuộc miền kéo
 Đặc điểm:
- Hợp lực kéo và nén đều hướng ra ngoài
- Độ lớn của hợp lực phụ thuộc vào góc α
 α ≥ 1600: AS kéo liên tục qua góc lõm, đặt đai dày trong đoạn
s
3
s = hđ tg α
8
α
α
R
A
Sin
=
2
R
A
Cos
∑ SW SW 2
S S
2
2R A
α
∑ ASW = RS S Cotg 2

SW


 α < 1600: 2 cách cấu tạo cốt thép
Cách 1:
1 Cắt toàn bộ AS neo vào vùng nén, đặt đai bình thường s ≤ 15d

Cách 2:
2 Cắt một phần AS để neo vào vùng nén, đặt đai dày trong đoạn s
Y/c: Cốt đai chịu 35% hợp lực AS2 + 100% hợp lực AS1

∑A

sw

=

( 0,7 As 2 + 2 As1 ) Rs Cotgα
Rsw


§3. Cấu tạo khung lắp ghép và nửa lắp ghép
1. Sơ đồ khung lắp ghép và nửa lắp ghép
Đặc điểm
 Mối nối cứng:
- Việc tạo nút cứng là khó khăn
- Chi phí thép và nhân công cho mối nối lớn, đòi
hỏi kỹ thuật nối ghép chính xác
 Mối nối khớp:
- Dễ thực hiện với khung lắp ghép

- Thích dụng với nhà một tầng: nhà công nghiệp
có (không) cầu trục, nhà công cộng, nhà kho

Các sơ đồ khung lắp ghép thông dụng

 Đối với nhà nhiều tầng
-Phân chia cấu kiện căn cứ vào thiêt bị, vận chuyển, xếp kho, hàn nối, hoán vị, dễ xử lý sai số
- Phải đảm bảo mối nối làm việc như sơ đồ tính


2. Đại cương về mối nối
Phân loại theo phương pháp nối và hình thức truyền lực
thép nối

 Mối nối ướt:
- Hàn (nối chồng) các cốt chịu lực với nhau, sau đó đổ bê
tông vào mối nối
- Lực kéo truyền qua cốt thép, lực nén truyền qua bê tông
hoặc A’S  Tính theo kết cấu bê tông
- Dễ thi công, chi phí thép cho mối nối ít, được bảo vệ tốt
- Việc đổ bê tông mối nối đòi hỏi chính xác cao
- Mối nối đủ k/n chịu lực khi bê tông đủ cường độ

Đường hàn

thép nối

 Mối nối khô:
- Bằng liên kết hàn (bu lông) những chi tiết chôn sẵn ở đầu cấu kiện
- Nội lực truyền qua đường hàn (bu lông)  tính theo kết cấu thép

- Mối nối có thể chịu lực ngay sau khi nối

Bản thép chôn sẵn

Đường hàn


 Mối nối cột

Mối nối khô (cứng): e0 ≤ 0,2h0

Mối nối ướt (cứng): e0 > 0,2h0


 Tính toán mối nối
 Chiều dày bản mã
RS

0
,
25

RC
δ ≥
0,75d


Theo y/c chịu lực
Theo công nghệ hàn


RC – cường độ chịu cắt của thép
 Tính toán thanh neo (≥ lneo)
Diện tích thanh neo

AS ,neo =

Q
N S +  
 ntc 
RS

NS =

M = M 0 ± N .e + Q.c

M, Q, N: Nội lực tại liên kết

M0 =

M
2

δ

l

z

M
z


e

n: số hàng thanh neo theo phương lực (n=3)


 Tính theo liên kết
z

- Q để tính trường hợp vai cột
- Chuyển M thành ngẫu lực N
N=

M
zb

Liên kết khô: zb – k/c từ trọng tâm AS đến trọng tâm đường hàn dưới
Liên kết ướt: zb – k/c từ AS đến trọng tâm miền nén
AS =

N
RS

- Tính đường hàn theo điều kiện:
N đh = 0,85 Rh hh ∑ lh ≥ N

∑ lh =

1,3 N
0,85 Rh hh


( hh ≥ 0,25d ;4mm )


§4. Tính toán khung bê tông cốt thép
1. Khái niệm về nhà khung
- Nhà khung là nhà mà kết cấu chịu lực chủ yếu của nó là khung
- Các khung được đặt theo phương ngang gọi là khung ngang
- Các khung nagng được nối với nhau bằng hệ thống dầm
- Các sàn mái liên kết với khung tạo thành 1 khối khung chịu lực

2. Các bước tính toán khung ngang
B1: Thành lập sơ đồ tính khung
B2: Sơ bộ chọn kích thước tiết diện
B3: Tính toán tải trọng
B4: Tính toán và tổ hợp nội lực
B5: Kiểm tra lại kích thước tiết diện và tính toán tiết diện
B6: hoàn thành bản vẽ


2.1. Thành lập sơ đồ tính khung
- Căn cứ điều kiện địa chất, thủy văn
- Giải pháp nền móng
- Căn cứ vào kích thước hình học và sự làm việc chung của ngôi nhà

 Đưa ra một số sơ đồ tính khung
2.2. Sơ bộ chọn kích thước tiết diện
- Khung là kết cấu siêu tĩnh, nội lực phụ thuộc EJ

 Phải chọn sơ bộ kích thước tiết diện trước khi tính

 C1: Theo kinh nghiệm
 C2: Theo công thức

1 1 
h =  ÷ l
 8 20 
h0 = 2

M
Rb b

b = ( 0,3 ÷ 0,5) h
M = ( 0,6 ÷ 0,7 ) M 0

M0 – mô men lớn nhất trong dầm coi như dầm đơn giản
Acot = (1,2 ÷ 1,5)

N
Rb

h = (1,5 ÷ 3) b


3. Tính toán tải trọng
- Phân tích tất cả các loại tải trọng tác động lên công trình
- Lập mặt bằng phân tải cho từng TH tải, từng tầng
- Lập bảng tính toán tải trọng

qtd


- Theo TCVN 2737-1995
 Sơ đồ truyền tải thẳng đứng

l2

- Tĩnh, hoạt tải
- Truyền từ sàn vào dầm, từ dầm vào cột
- Tải trọng từ sàn truyền vào khung được
phân phối theo diện truyền tải

qtd

l2/l1 ≥ 2: bản làm việc 1 phương (bản dầm)
l2/l1 < 2: bản làm việc 2 phương (bản kê)
Tải tam giác: qtđ = 5/8.qmax = 0,625.g.l1/2
Tải hình thang: qtđ = k.qmax = (1 - 2β2 + β3).g.l1/2 ; (β = l1/2l2)


 Ví dụ: tính toán tải trọng tĩnh tác dụng lên khung (tầng 2)

G2.1

MẶT BẰNG TẦNG 2

MẶT BẰNG KẾT CẤU SÀN
TẦNG 2 (CỐT +3.9m)

g2.1

G 2.2


g2.2 G
2.3

MẶT BẰNG PHÂN TÍNH TẢI SÀN
TẦNG 2 (CÔT +3.9m)


 Tải tập trung
Tải

G2.1

Gm.1

Các tải hợp thành

TTTT
(kN)

Do trọng lượng bản thân D1:

…

Do tải sàn truyền vào (Ô1), theo hình tam giac:

…

Do trọng lượng bản thân tường (có cửa)


…

G2.1 = … (kG)

G2.2

Do trọng lượng bản thân D2:

…

Do tải sàn truyền vào (Ô1), theo hình tam giác:

…

Do tải sàn truyền vào (Ô2), theo hình CN:

…

Do trọng lượng bản thân tường (có cửa)

…

Gm.2

gm.2

Gm.3

G
gm.3 m.4


gm.1

gm.4

G4.1

g4.1

G4.2

G3.1

g3.1

G3.2

G2.1

g2.1

G2.2

G2.2 = … (kG)
…

 Tải phân bố
Tải

g2.1


Các tải hợp thành

TTTT
(kN/m2)

Do trọng lượng bản tường:

…

Do tải sàn truyền vào (Ô1), theo hình thang:

…

g2.1 = … (kG)
…

G

SƠ ĐỒ TẢI TRỌNG TĨNH TÁC
DỤNG LÊN KHUNG

G4.3

G3.3

G3