Thiết kế cốp pha cố định (khuôn đúc chế tạo tại chỗ) bằng gỗ xẻ

Thiết kế cốp pha cố định (khuôn đúc chế tạo tại chỗ) bằng gỗ xẻ. Ván phim

Bằng các biện pháp cấu tạo, để đưa ra được một thiết kế cốp pha cho sàn sườn toàn khối có sơ đồ kết cấu đơn giản nhất nhưng khả năng chịu lực và chống biến dạng tốt nhất có thể (tốt nhất là để kết cấu cốp pha làm việc ở trạng thái ứng suất phẳng hay ứng suất đơn). Các tấm ván khuôn dạng bản nên được cấu tạo sao cho làm việc dưới dạng bản dầm (bản kê 2 cạnh, làm việc hoàn toàn theo trạng thái ứng suất phắng), kê trên các gối đỡ dạng thanh chịu uốn (trạng thái ứng suất phẳng) là các đà ngang, giằng dọc, giằng ngang, gông,.vv.. Các gối đỡ ván khuôn dạng thanh chịu uốn này cuối cùng truyền lực vào các hệ thanh chịu kéo nén thuần túy (trạng thái ứng suất đơn) là giáo chống (cột chống đơn hay giáo tổ hợp), văng chống (văng chống cứng hay dây tăng đơ).

Phương pháp thiết kế các kết cấu cốp pha dạng dầm khác biệt rất lớn với phương pháp thiết kế các kết cấu công trình, ở chỗ: số lượng và giá trị khoảng cách của các nhịp làm việc của kết cấu cốp pha dạng dầm là ẩn số phải tìm (thường không biết trước), mà sẽ phải được xác định qua tính toán thiết kế với đặc trưng hình học của tiết diện bộ phận cốp pha dạng dầm được lựa chọn trước, điều này là ngược với thiết kế kết cấu công trình.

Mặt bằng cốp pha ô sàn điển hình Thiết kế cốp pha
Thiết kế cốp pha mặt bằng cốp pha ô sàn điển hình nhà nhiều tầng bê tông cốt thép toàn khối, thi công theo công nghệ một đợt trên một tầng.

Thiết kế hệ cốp pha sàn

            Thiết kế ván khuôn sàn

Do chủ định thiết kế ván khuôn sàn là dạng bản dầm, tức là ván khuôn làm việc hoàn toàn theo trạng thái ứng suất phẳng, nên có thể cắt ván khuôn sàn theo những tiết diện bất kỳ dọc theo phương nhịp của ván (là mặt cắt chính có ứng suất chính bằng 0) mà không ảnh hưởng việc chịu lực và biến dạng. Nên ván khuôn sàn có thể tương đương với dạng kết cấu dầm có bề rộng tùy ý, nhưng trong trường hợp ván khuôn sàn là gỗ xẻ, ta có thể quy bề rộng về giá trị đơn vị (hay là coi tương đương với một dải bản (dạng dầm) rộng 1 m). Như thế, tải trọng tổ hợp cho sàn được quy từ phân bố trên diện tích về phân bố trên mét dài, mà vẫn giữ nguyên trị số.

Thiết kế Cốp pha cột trong công nghệ thi công bê tông toàn khối
Thiết kế Cốp pha cột trong công nghệ thi công bê tông toàn khối hai đợt hoặc ba đợt

Chọn trước chiều dầy loại ván làm ván khuôn sàn δv, từ đó xác định ngay được các đặc trưng hình học của dải ván khuôn (dạng dầm) rộng 1 m, là: Mô men quán tính J, mô men kháng uốn W.

Và do khi cấu tạo ván khuôn sàn thường được để nguyên chiều dài tự nhiên của tấm, mà rất hạn chế cắt ngắn vụn ra, đồng thời chiều dài này thường lớn hơn rất nhiều nhịp làm việc của ván khuôn sàn khi thiết kế, nên ván khuôn sàn gỗ xẻ thường được tính toán thiết kế dưới dạng sơ đồ kết cấu dầm siêu tĩnh nhiều nhịp. Cũng giống như các bộ phận kết cấu cốp pha dạng dầm khác, số lượng và giá trị của nhịp ván khuôn sàn được xác định sau khi đã lựa chọn kích thước tiết diện và đặc trưng hình học của ván khuôn sàn. Với họ dầm liên tục nhiều nhịp (dầm siêu tĩnh nhiều nhịp), làm việc theo sơ đồ đàn hồi, thì nội lực và biến dạng nguy hiểm nhất của biểu đồ bao là: (Mmax = q1lv2/10 (theo thói quen cho dầm 3 nhịp)) chính xác là Mmax = q1lv2/9 (cho dầm 4 nhịp) và Fmax = q2lv4/128EJ (cho dầm 3 nhịp) (trong đó: q1, q2 là tổ hợp tải trọng phân bố trên chiều dài ván khuôn sàn lần lượt tương ứng với khi tính theo điều kiện cường độ và điều kiện biến dạng).

Tính toán theo điều kiện cường độ (trạng thái giới hạn I):
(Mmax/W ≤ R) hay R ≥ (Mmax/W)
W = (bδv2)/6 = (1*δv2)/6
Mmax = q1lv2/9
Từ đó, nhịp làm việc của ván khuôn theo điều kiện cường độ là: lv1 ≤ {\displaystyle {\sqrt {9RW/q_{1}}}} {\displaystyle {\sqrt {9RW/q_{1}}}} = 3( {\displaystyle {\sqrt {RW/q_{1}}}} {\displaystyle {\sqrt {RW/q_{1}}}}) = 3δv {\displaystyle {\sqrt {R/6q_{1}}}} {\displaystyle {\sqrt {R/6q_{1}}}}
Tính toán theo điều kiện biến dạng (trạng thái giới hạn II):
Fmax = q2lv4/128EJ ≤ [F] = lv/400
hay (q2lv3/128EJ) ≤ (1/400)
J = (bδv3)/12 = (1*δv3)/12
Từ đó, nhịp làm việc của ván khuôn theo điều kiện biến dạng là: lv2 ≤ {\displaystyle {\sqrt[{3}]{128EJ/400q_{2}}}} {\displaystyle {\sqrt[{3}]{128EJ/400q_{2}}}} = 2( {\displaystyle {\sqrt[{3}]{EJ/25q_{2}}}} {\displaystyle {\sqrt[{3}]{EJ/25q_{2}}}}) = 2δv {\displaystyle {\sqrt[{3}]{E/300q_{2}}}} {\displaystyle {\sqrt[{3}]{E/300q_{2}}}}
Trong các công thức trên:

R là cường độ chịu lực cho phép của gỗ tấm làm ván khuôn sàn.[F] độ võng cho phép của kết cấu cốp pha dạng dầm.
E mô đul đàn hồi của gỗ làm cốp pha.
q1 tải trọng phân bố đều trên m2 ván sàn, khi tính với trạng thái giới hạn về cường độ.
q2 tải trọng phân bố đều trên m2 ván sàn, khi tính với trạng thái giới hạn về biến dạng.
Chọn nhịp làm việc của ván khuôn sàn là lv ≤ Min(lv1, lv2) = Min( {\displaystyle {\sqrt {9RW/q_{1}}}} {\displaystyle {\sqrt {9RW/q_{1}}}}, {\displaystyle {\sqrt[{3}]{128EJ/400q_{2}}}} {\displaystyle {\sqrt[{3}]{128EJ/400q_{2}}}}) và khoảng cách thông thủy của ô sàn phải là số nguyên lần nhịp làm việc của ván sàn.

Mặt bằng thiết kế cốp pha sàn sườn
Mặt bằng thiết kế cốp pha sàn sườn bê tông toàn khối công nghệ 2 đợt trên tầng

    Thiết kế đà ngang đỡ ván sàn

Chọn trước tiết diện gỗ xẻ thanh làm đà ngang đỡ ván khuôn sàn như sau: chiều cao tiết diện là hx và bề ngang tiết diện là bx, từ đó xác định ngay được các đặc trưng hình học khác của đà ngang đỡ ván (dầm đỡ ván), là: Mô men quán tính Jx, mô men kháng uốn Wx.

Tính toán theo điều kiện cường độ (trạng thái giới hạn I):
(Mmax/Wx ≤ R) hay R ≥ (Mmax/Wx)
Wx = (bxhx2)/6
Mmax = Q1lx2/9 = (lvq1)lx2/9
Từ đó, nhịp làm việc của đà ngang đỡ ván khuôn sàn theo điều kiện cường độ là: lx1 ≤ {\displaystyle {\sqrt {9RW_{x}/Q_{1}}}} {\displaystyle {\sqrt {9RW_{x}/Q_{1}}}} = 3( {\displaystyle {\sqrt {RW_{x}/Q_{1}}}} {\displaystyle {\sqrt {RW_{x}/Q_{1}}}}) = 3hx {\displaystyle {\sqrt {Rb_{x}/6Q_{1}}}} {\displaystyle {\sqrt {Rb_{x}/6Q_{1}}}}
Tính toán theo điều kiện biến dạng (trạng thái giới hạn II):
Fmax = Q2lx4/128EJ ≤ [F] = lx/400
hay (Q2lx3/128EJ) ≤ (1/400)
Q2 = q2lv
J = ((bxhx3)/12
Từ đó, nhịp làm việc của đà ngang đỡ ván khuôn sàn theo điều kiện biến dạng là: lx2 ≤ {\displaystyle {\sqrt[{3}]{128EJ_{x}/400Q_{2}}}} {\displaystyle {\sqrt[{3}]{128EJ_{x}/400Q_{2}}}} = 2( {\displaystyle {\sqrt[{3}]{EJ_{x}/25Q_{2}}}} {\displaystyle {\sqrt[{3}]{EJ_{x}/25Q_{2}}}}) = 2hx {\displaystyle {\sqrt[{3}]{Eb_{x}/300Q_{2}}}} {\displaystyle {\sqrt[{3}]{Eb_{x}/300Q_{2}}}}
Trong các công thức trên:

R là cường độ chịu lực cho phép của gỗ thanh làm đà ngang.[F] độ võng cho phép của kết cấu cốp pha dạng dầm.
E mô đul đàn hồi của gỗ làm cốp pha.
Q1 tải trọng phân bố đều trên đà ngang, khi tính với trạng thái giới hạn về cường độ.
Q2 tải trọng phân bố đều trên đà ngang, khi tính với trạng thái giới hạn về biến dạng.
Chọn nhịp làm việc của đà ngang đỡ ván khuôn sàn là lx ≤ Min(lx1, lx2) = Min( {\displaystyle {\sqrt {9RW_{x}/Q_{1}}}} {\displaystyle {\sqrt {9RW_{x}/Q_{1}}}}, {\displaystyle {\sqrt[{3}]{128EJ_{x}/400Q_{2}}}} {\displaystyle {\sqrt[{3}]{128EJ_{x}/400Q_{2}}}}) và chiều dài của đà ngang đỡ ván sàn phải là số nguyên lần nhịp làm việc của đà ngang này (tức là khoảng cách cột chống sàn).

   Thiết kế cột chống đơn đỡ cốp pha sàn

Tải trọng tập trung tác động vào đầu cột chống

Pc = qxlx
Chọn cột chống bằng gỗ thanh có tiết diện vuông, để bán kính quán tính của tiết diện theo 2 phương là đều nhau (làm độ mảnh không phụ thuộc phương làm việc của tiết diện).

Momen quán tính Jc = (bcbc3)/12
Diện tích tiết diện Ac
Bán kính quán tính rc = {\displaystyle {\sqrt {J_{c}/A_{c}}}} {\displaystyle {\sqrt {J_{c}/A_{c}}}}
Sơ đồ kết cấu của cột chống là dạng thanh chịu nén đúng tâm với 2 đầu khớp, nên hệ số liên kết, trong công thức tính chiều cao tính toán, hệ số liên kết là: μ = 1,0. Chiều cao thật của cột chống H (là chiều cao làm việc lớn nhất (là theo phương không giằng), 1 trong 2 phương làm việc của cột chống. Chiều cao làm việc theo phương mặt giằng cột chống thường nhỏ bằng nửa chiều cao thật của cột chống do có lớp giằng liên kết). Chiều cao tính toán là H0max = μH.

Nếu độ mảnh λ = H0max/rc > 75, kết cấu cột chống thuộc loại thanh có độ mảnh lớn. Để đảm bảo điều kiện mất ổn định đồng thời với mất bền khi thanh là loại độ mảnh lớn, thì hệ số uốn dọc φ được tính theo công thức:
φ = 3100/(λ2)
Nếu độ mảnh λ = H0max/rc ≤ 75, kết cấu cột chống hay con đội thuộc loại thanh có độ mảnh nhỏ. Để đảm bảo điều kiện mất ổn định đồng thời với mất bền khi thanh là loại độ mảnh nhỏ, thì hệ số uốn dọc φ được tính theo công thức:
φ = 1 – 0,8(λ2/100)
Kiểm tra cột chống sàn theo điều kiện về cường độ (trạng thái giới hạn I):

σ = Pc/(φA) ≤ Rn.

Kiểm tra tổng biến dạng của cốp pha (khuôn đúc) sàn

Biến dạng lún cột chống sàn do tải trọng Pc2 tác dụng là: Δc = (Pc2l)/(AEg)

Độ võng lớn nhất của đà ngang đỡ ván khuôn sàn là: Fmax

Độ võng lớn nhất của ván khuôn sàn là: fmax

Tổng biến dạng tuyệt đối của khuôn đúc sàn (kể cả độ võng ván khuôn lớn nhất, độ võng lớn nhất của đà ngang đỡ ván và độ lún chống (lún gối đỡ)) là: Δcps = Δc + Fmax + fmax

Theo mục c phụ lục A3 tiêu chuẩn 4453-1995, thì: “Độ võng đàn hồi hoặc độ lún của gỗ chống cốp pha [phải không quá]: (1/1000) nhịp tự do của các kết cấu bê tông cốt thép tương ứng.” Như vậy tổng biến dạng của khuôn đúc sàn phải được kiểm tra theo điều kiện so sánh với nhịp của sàn theo phương làm việc chính, như sau: Δcps ≤ Ls.min/1000

    Thiết kế hệ cốp pha dầm phụ

            Thiết kế ván khuôn đáy dầm phụ

Chọn trước bề dày tiết diện ván gỗ xẻ làm ván khuôn đáy dầm phụ là hv. Bề ngang tiết diện ván khuôn đáy dầm phụ chính là bề ngang dầm phụ: bv. Từ đó xác định ngay được các đặc trưng hình học khác của ván khuôn đáy đầm phụ, là: Mô men quán tính Jv, mô men kháng uốn Wv.

Tính toán theo điều kiện cường độ (trạng thái giới hạn I):
(Mmax/Wv ≤ R) hay R ≥ (Mmax/Wv)
Wv = (bvhv2)/6
Mmax = Q1lv2/9
Từ đó, nhịp làm việc của ván khuôn đáy dầm phụ theo điều kiện cường độ là: lv1 ≤ {\displaystyle {\sqrt {9RW_{v}/Q_{1}}}} {\displaystyle {\sqrt {9RW_{v}/Q_{1}}}} = 3( {\displaystyle {\sqrt {RW_{v}/Q_{1}}}} {\displaystyle {\sqrt {RW_{v}/Q_{1}}}}) = 3hv {\displaystyle {\sqrt {Rb_{v}/6Q_{1}}}} {\displaystyle {\sqrt {Rb_{v}/6Q_{1}}}}
Tính toán theo điều kiện biến dạng (trạng thái giới hạn II):
Fmax = Q2lv4/128EJ ≤ [F] = lv/400
hay (Q2lv3/128EJ) ≤ (1/400)
J = ((bvhv3)/12
Từ đó, nhịp làm việc của ván khuôn đáy dầm phụ theo điều kiện biến dạng là: lv2 ≤ {\displaystyle {\sqrt[{3}]{128EJ_{v}/400Q_{2}}}} {\displaystyle {\sqrt[{3}]{128EJ_{v}/400Q_{2}}}} = 2( {\displaystyle {\sqrt[{3}]{EJ_{v}/25Q_{2}}}} {\displaystyle {\sqrt[{3}]{EJ_{v}/25Q_{2}}}}) = 2hv {\displaystyle {\sqrt[{3}]{Eb_{v}/300Q_{2}}}} {\displaystyle {\sqrt[{3}]{Eb_{v}/300Q_{2}}}}

Trong các công thức trên:

R là cường độ chịu lực cho phép của gỗ ván làm đáy dầm phụ.[F] độ võng cho phép của kết cấu cốp pha dạng dầm.
E mô đul đàn hồi của gỗ làm cốp pha.
Q1 tải trọng phân bố đều trên ván khuôn đáy dầm phụ, khi tính với trạng thái giới hạn về cường độ.
Q2 tải trọng phân bố đều trên ván khuôn đáy dầm phụ, khi tính với trạng thái giới hạn về biến dạng.
Chọn nhịp làm việc của đà ngang đỡ ván khuôn sàn là lv ≤ Min(lv1, lv2) = Min( {\displaystyle {\sqrt {9RW_{v}/Q_{1}}}} {\displaystyle {\sqrt {9RW_{v}/Q_{1}}}}, {\displaystyle {\sqrt[{3}]{128EJ_{v}/400Q_{2}}}} {\displaystyle {\sqrt[{3}]{128EJ_{v}/400Q_{2}}}}) và chiều dài của trên ván khuôn đáy dầm phụ phải là số nguyên lần nhịp làm việc của ván khuôn này (tức là khoảng cách cột chống chữ T đỡ dầm phụ).

  Kiểm tra thiết kế ván khuôn thành dầm phụ

Chọn trước bề dày ván khuôn thành dầm phụ. Nhịp làm việc của ván khuôn thành dầm phụ, đã được xác định trước qua thiết kế ván khuôn đáy dầm phụ, chính là khoảng cách các cột chống chữ T đỡ dầm phụ. (Vì điểm gối tựa chuyền lực của tất cả các văng chống dầm phụ chỉ có thể là vào cột chống chữ T đỡ dầm phụ.) Do đó, việc thiết kế ván thành dầm phụ trở thành là việc kiểm tra ván thành đã chọn với 2 điều kiện về cường đô và biến dạng khi đã biết trước nhịp làm việc của nó