Sổ Tay Kiến Trúc: Tính toán và kiểm tra trong sửa chữa kết cấu

Good Hope là công ty hoạt động trong lĩnh vực tư vấn,thiết kế, thi công trọn gói các hạng mục công trình nhà ở, chung cư, khách sạn,..., đầu tư xây dựng các công trình nhà lô, biệt thự...

Chuyên mục:

Đối với những kết cấu nhà và cấu kiện cần sửa chữa (cột, tường…) trước khi có phương án, phải tiến hành tính toán xác định nội lực và kiểm tra sức mang tải của chúng theo những tiêu chuẩn thiết kế có liên quan (về kết cấu gạch đá hoặc kết cấu bê tông cốt thép) theo những sơ đồ thực của kết cấu đã bị hư hỏng. Có thể lúc này xuất hiện các khớp dẻo do bị biến dạng lớn, giảm tiết diện do bị vỡ nát, phân bố lại tải trọng do có những vết nứt lớn, thêm tải trọng mới do lún lệch của một số gối tựa (cột, móng tường..)

Những tính toán vừa nêu có thể thực hiện theo những nguyên tắc tương tác giữa nền – móng – kết cấu bằng những phần mềm thích hợp là điều không phải quá khó khăn. Nhưng việc làm đó không phải là đơn giản khi những dữ kiện đưa vào tính toán khó xác định một cách chính xác và mô hình tính cũng không dễ lựa chọn sát với thực tế. Dưới đây trình bày phương pháp đơn giản và ngắn nhất nhưng vẫn đủ đảm bảo an toàn, ít nhất là đối với những kết cấu nhà bên trên không phức tạp lắm như loại mà khung hoặc nhà có tường ngang hay tường dọc chịu lực trên móng băng.

Theo cách này, nhà bên trên được quy đổi như một dầm có độ cứng thay đổi đặt trên nền đất không đồng nhất. Tính không đồng nhất của nền được đặc trưng bằng sự biến đổi của mô đun biến dạng E_ocủa đất dọc theo nhà. Việc tính toán được tính cho 2 trường hợp lún không đều bất lợi nhất của công trình : lún vồng lên khi E_{o max} ở giữa nhà và E_{o min} ở 2 đầu nhà, lúc này lực kéo lớn nhất sẽ xuất hiện phần phía mái nhà; và lún võng xuống khi E_{o min} ở giữ nhà và E_{o max} ở 2 đầu nhà, lúc này lực kéo lớn nhất sẽ xuất hiện ở phía móng. Nếu lực kéo (do mô men gây ra) vượt quá sức chịu tải của cấu kiện, ví dụ trong giằng dọc nhà thì cần gia cường kết cấu để ngăn ngừa sự xuất hiện hoặc mở rộng thêm vết nứt. Trong tính toán cũng cần xét đến tác dụng của lực cắt bởi vì trong một số trường hợp nó là nguyên nhân quan trọng gây hư hỏng nhà.

Tính chịu nén không đều của nền đất được xác định bằng công thức :

E_{o max}

α_o =

E_{o min}

Trị số E_o xác định trên cơ sở thí nghiệm đất ở hiện trường, theo kết quả xuyên tĩnh (suy từ sức chống xuyên đầu mũi), theo số liệu thí nghiệm nén trong phòng hoặc tra bảng trong tiêu chuẩn thiết kế nền.

Nội lực tính toán trong dầm quy đổi được xác định theo các công thức sau :

- Mô men uốn lớn nhất :

(α_o – 1)ql²

M_max = (25.1)

16(α_o + 2)

- Lực cắt lớn : (α_o – 1)ql

Q_max = (25.2)

5,2(α_o + 2)

- Độ võng (vồng) lớn nhất :

33 (α_o – 1)ql⁴

Y_max = (25.3)

5760(α_o + 2)EI

Trong các công thức trên :

q : tải trọng phân bố đều trên dầm quy đổi

l : chiều dài của dầm,

E : mô đun biến dạng của khối tường xây, lấy bằng 5000 – 10000 kG/cm² tùy thuộc mác gạch và mác vữa xây, có thể tính theo công thức E = 0,01R_v.10⁶ [t/m²]

R_v: Cường độ của mác vữa, kg/cm²

I : mô men quán tính của tiết diện tường đã trừ các lỗ cửa tính theo công thức

b_qd h³

I = (25.4)

b_qd = 0,6b là chiều dày quy đổi của tường từ chiều dày thực tế b,

h : chiều cao của nhà tính từ đáy móng đến mái.

Chú ý rằng : trong công thức (25.3) tích số EI chính là độ cứng của kết cấu từ móng trở lên. Tùy theo hệ kết cấu bên trên (tường dọc, ngang chịu lực, tấm lớn, nhà khung hay tấm cứng...) và kết cấu móng (băng, bè, móng đơn..) mà việc xác định độ cứng EI sẽ khác nhau. Đó là công việc quen thuộc theo nguyên tắc cơ học kết cấu của kĩ sư xây dựng. Nếu trong một tiết diện có những vật liệu khác nhau (với mô đun E_i) thì sẽ lần lượt nhân diện tích các tiết diện này với E_i/E, trong đó E là mô đun được chọn làm cơ sở (thường là trị bình quân gia quyền của E_i). Hệ số độ cứng EI cũng có thể biểu diễn qua mô men quán tính của 2 tiết diện tường I₁ và I₂ (tường đặc và tường có lỗ cửa) nếu không dùng b_qd, bằng công thức :

I₁I₂

EI = 2E (25.5)

I₁ + I₂

Những nội lực tổng quát xác định theo các công thức (25.1) – (25.2) sẽ đem phân bố lại theo tỉ lệ thuận với độ cứng bản thân của kết cấu móng và kết cấu trên móng. Công việc tính toán này, với sự trợ giúp của máy tính, sẽ giảm nhẹ rất nhiều những khoa khăn của người thiết kế . Tuy nhiên, ngay trong trường hợp đơn giản nhất khi xem hệ kết cấu công trình móng như một dầm tương đương vừa nêu, thì việc xác định độ cứng tương đương của nó cũng khá phức tạp. Trong thiết kế thực tế đối với công trình cần sửa chữa có thể sử dụng các giá trị độ cứng ước tính cho ở bảng 25.6.

Độ cứng chống uốn ước tính cho một số dạng công trình (Phùng Đức Long, 1982)

Dạng công trình	Độ cứng EI, kNm²
Tấm lớn lắp ghép 5-6 tầng, khung 5-6 tầng có vách cứng chạy dọc toàn nhà	5,0 x 10⁷
Tấm lớn lắp ghép 3-4 tầng, khung 5-6 tầng có vách cứng gián đoạn. Gạch xây 4-5 tầng	3,0 x 10⁷
Gạch xây 3-4 tầng, khung 4-5 tầng không có vách cứng dọc	1,0 x 10⁷

Trong trường hợp nhà xây gạch, tường sẽ không cần phải gia cố nếu trị số độ võng tương đối của nhà (Y_max/l) không vượt quá trị số giới hạn cho ở bảng sau đây :

Tính nén không đều của nền α_o

Độ mảnh của nhà, l/h

1,5

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

2,5

3,0

4,5

3,0

3,5

4,0

3,5

4,5

5,5

4,5

6,0

7,0

5,0

7,0

8,0

6,0

8,0

10,0

Nếu tường và móng cần được gia cố bằng cốt thép hoặc giằng bê tông công thép thì diện tích cốt thép được xác định bằng công thức :

M_max

F_a = (25.7)

R_a h_o

Trong đó :

M_max : mô men uốn lớn nhất xác định theo (25.1)

R_a : cường độ giới hạn chảy của cốt thép, kG/cm²,

h_o = (0,8÷0,9)h : chiều cao tính toán của nhà,

Ứng suất cắt trong khối xây do tác dụng của lực cắt Q_max tính theo công thức :

Q_max

τ = (25.8)

F_n

Trong đó :

F_n = b∑h_i : diện tích tiết diện móng và các giằng tường giữa các tầng. Khi τ ≤ 2,5 kG/cm² thì không cần gia cường tường để chịu lực cắt. Việc kiểm tra độ cứng tổng thể của công trình cũng cần được tiến hành cho giai đoạn thi công và sử dụng công trình sau khi đã sửa chữa.

Ngoài những tính toán trong thiết kế gia cường nói trên còn phải thực hiện việc kiểm tra sự làm việc của những cấu kiện sau khi đã gia cường, trong đó chú ý đến lực nén đúng tâm hoặc lệch tâm (khi bao ốp hoặc cấy thêm cột hay tường 1 bên), chịu nén hoặc kéo cục bộ của các mảng tường bị kẹp giữa các khung hoặc lỗ cửa… theo các tiêu chuẩn thiết kế cho từng loại kết cấu tương ứng (gạch, bê tông cốt thép, bê tông cốt thép ứng suất trước..).

Để khẳng định độ tin cậy của phương án sửa chữa hoặc gia cường, trong nhiều trường hợp còn cần thực hiện việc thử nghiệm và kiểm tra, nhất là về mặt cường độ. Công tác kiểm nghiệm thường dùng như : khoan lấy lõi đối với bê tông, thí nghiệm gia tải cho kết cấu, dùng sóng siêu âm để kiểm tra mối hàn hoặc độ đồng nhất và sự liên kết giữa 2 loại vật liệu cũ – mới.., có khi còn phải quan trắc và theo dõi biến dạng một thời gian sau khi sửa chữa , gia cường.

Nhà Đẹp Kiến Trúc

Tổng hợp

Sổ Tay Kiến Trúc

Thứ Tư, 11 tháng 7, 2012

Tính toán và kiểm tra trong sửa chữa kết cấu

Không có nhận xét nào:

Đăng nhận xét