Về thiết kế cột chịu kéo hay cột treo bê tông cốt thép (cột căng)
Việc các cột bê tông cốt thép trong một tòa nhà bị nén là phổ biến hơn . Điều này có ý nghĩa bởi vì, trong đường truyền tải trọng thông thường của tòa nhà, tải trọng trọng lực được truyền qua các cột đến móng, tạo ra một phản lực bằng nhau và ngược chiều lên cột, do đó khiến nó bị nén. Đối với các cột chịu kéo, tải trọng có thể sẽ truyền đi nơi khác trước khi truyền xuống móng. Điều này thường là có chủ ý!
Bê tông chịu nén rất tốt nhưng lại chịu kéo yếu. Ví dụ, đối với một khối bê tông có cường độ nén hình trụ trong 28 ngày là 25 N/mm 2 , chúng ta kỳ vọng cường độ kéo sẽ vào khoảng 2,6 N/mm 2 (Xem Bảng 3.1 EN 1992-1-1:2004). Trong thiết kế bê tông cốt thép, chúng ta thường giả sử khả năng chịu kéo của bê tông bằng 0 trừ khi chúng ta đang giải quyết các vấn đề về khả năng sử dụng như vết nứt.
Nếu cột bê tông cốt thép chịu lực kéo dọc trục thì toàn bộ ứng suất dọc trục sẽ do cốt thép chịu, không giống như khi nó bị nén. Diện tích thép cần thiết để chịu lực kéo dọc trục sẽ được tính bằng:
A st,req = N t,Ed /0.87f yk
Trong đó;
A st,req = Diện tích thép cần thiết
N t,Ed = Lực kéo dọc trục
f yk = cường độ chảy đặc trưng của cốt thép
Tuy nhiên, điều này không đơn giản và dễ hiểu như vẻ ngoài của nó. Đối với phần bê tông chịu lực kéo dọc trục đáng kể, vết nứt sẽ là một vấn đề lớn. Do đó, sẽ cần có các cốt thép bổ sung để kiểm soát vết nứt, ngoài các cốt thép chính chống lại lực căng dọc trục. Các cốt thép bổ sung sẽ phải được lồng như trong trường hợp cốt thép trên tường bê tông sử dụng các thanh có đường kính nhỏ hơn. Cột có thể có hai lớp cốt thép; lớp bên trong để chống lại lực kéo và lớp bên ngoài để kiểm soát vết nứt (gia cố da).
φ s = φ∗ s (f ct,eff /2.9)h cr /(8(hd))
trong đó:
φ s là đường kính thanh tối đa được điều chỉnh
φ∗ s là kích thước thanh tối đa cho trong Bảng 7.2N của EN 1992- 1-1:2004
h là chiều sâu tổng thể của tiết diện
h cr là chiều sâu vùng chịu kéo ngay trước khi nứt, xét các giá trị đặc trưng của ứng suất trước và lực dọc trục dưới tác dụng của tổ hợp gần như cố định
d là chiều sâu hữu hiệu để trọng tâm của lớp cốt thép bên ngoài
Lý thuyết tính toán trên dựa trên giả định rằng cột căng chịu tác dụng của lực kéo dọc trục thuần túy. Tuy nhiên, điều gì xảy ra khi có sự uốn và cắt trong mặt cắt? Trong trường hợp đó, sự tương tác giữa lực dọc và lực uốn sẽ phải được xem xét và điều này dự kiến sẽ có ảnh hưởng đến kích thước của cột căng và số lượng cốt thép.
Từ những gì đang diễn ra, có thể thấy rằng kết cấu thép hoặc tiết diện liên hợp là tốt nhất cho cột chịu kéo, miễn là các chi tiết liên kết được kỹ sư kết cấu thiết kế tốt. Vấn đề nứt do cường độ kéo thấp là thách thức lớn khi thi công cột chịu kéo bằng bê tông cốt thép . Tuy nhiên, nếu điều này có thể được khắc phục bằng cách sử dụng thêm các biện pháp khác gia cường thép bổ sung thì vấn đề có thể được giải quyết với chi phí bổ sung.
Hơn nữa, cốt thép trong các cột chịu kéo không được chồng lên nhau và phải được chi tiết sao cho cốt thép móc và chịu tải trọng bên dưới nó. Để gia cố liên tục, các khớp nối cơ học dự kiến sẽ hoạt động tốt hơn so với ghép chồng.
Ứng dụng thực tế của cột căng tại công trình Tòa án Hoa Kỳ Los Angeles (Làm bằng cột thép)
Cột căng thường là cột nổi và truyền tải trọng mà chúng đang đỡ cho bộ phận phía trên chúng. Điều này phụ thuộc vào sơ đồ kết cấu được kỹ sư kết cấu áp dụng. Tuy nhiên, khi cột chịu lực được đỡ trên mặt đất thì lực nâng sẽ phải được kiểm tra thích hợp.
Như có thể thấy ở trên, bản sàn không chịu được trọng lượng của cột; đúng hơn là nó đang bám vào nó. Do đó, các cột chịu lực dọc trục do lực kéo từ trọng lượng bản sàn hướng xuống. Tải trọng được truyền từ bản sàn sang cột, sau đó truyền qua giàn mái được đỡ bởi tường chịu cắt. Tuy nhiên, điều quan trọng cần lưu ý là cột thép đã được sử dụng trong công trình được mô tả ở trên.
