Trường đại học bách khoa TPHCM ĐỒ ÁN BTCT 1 1 ĐỒ ÁN BTCT 1 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH 2 DANH MỤC BẢNG BIỂU 4 CHƯƠNG 1 ĐỀ BÀI VÀ SỐ LIỆU TÍNH TOÁN 5 1 1 Kích thước ô bản, hoạt tải tiêu chuẩn 5 1 2 Chiều dày tường chịu lực t = 340 mm.
ĐỀ BÀI VÀ SỐ LIỆU TÍNH TOÁN
Kích thước ô bản, hoạt tải tiêu chuẩn
Bảng 1.1 Số liệu đề bài
Vật liệu sử dụng
- Bê tông có cấp độ bền chịu nén B20: R b = 11.5 Mpa, R bt = 0.9 MPa
Bảng 1.2 Cốt thép sử dụng
Loại thép R s (MPa) R sw (MPa)
THIẾT KẾ BẢN SÀN
Phân loại bản sàn
Xét tỉ số 2 cạnh cơ bản 2
Xem bản làm việc 1 phương, bản thuộc loại bản dầm.
Chọn sơ bộ kích thước các bộ phận sàn
Xác định sơ bộ chiều dày của bản sàn:
- m : hệ số phụ thuộc vào loại bản, bản loại dầm nên chọn m = 30
- D : hệ số phụ thuộc vào tải trọng D= (0.8÷1.4) → chọn D = 1
- hmin : chiều dày tối thiểu của bản sàn theo TCVN 5574:2018 thì hmin = 60mm đối với sàn giữa các tầng của nhà sản xuất Chọn h b = 90mm
Các lớp cấu tạo sàn:
Hình 2.1 Các lớp cấu tạo sàn
- Lớp vữa lót: γv= 16kN/m 3 ; δv= 20mm ; γf,v= 1,3
- Bản sàn : γb= 25kN/m 3 ; hb= 90mm ; γf,b= 1,1
- Lớp vữa trát: γv= 16kN/m 3 ; δv= 15mm ; γf,v= 1,3
Xác định sơ bộ kích thước của dầm phụ:
2 4 2 4 dp dp b = h = = Chọn b dp = 200mm
Xác định sơ bộ kích thước của dầm chính:
Sơ đồ tính
Lập sơ đồ tính là việc chuyển từ mô hình thật sang mô hình tính toán, theo đó cần định các liên kết, gối tựa và tính toán
Cắt theo phương cạnh ngắn 1 dải có bề rộng b = 1 m, xem bản như 1 dầm liên tục nhiều nhịp, gối tựa là tường biên và các dầm phụ
Bản sàn được tính theo sơ đồ khớp dẻo, nhịp tính toán lấy theo mép gối tựa Đối với nhịp biên:
= − − + Đối với các nhịp giữa:
L và L chênh lệch không đáng kể (0,48%)
Hình 2.2 Số đồ tính xác định nhịp tính toán
Xác định tải trọng
Sàn chịu tác dụng của 2 loại tải trọng theo phương đứng: tĩnh tải (trọng lượng bản thân của các lớp cấu tạo sàn) và hoạt tải
Xác định trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo sàn:
Kết quả tính toán được trình bày trong bảng 2.1
Bảng 2.1 Tĩnh tải tác dụng lên sàn
Hệ số độ tin cậy về tải trọng f ,i
Tổng tải trọng tác dụng lên bản sàn ứng với dải bản có chiều rộng b=1m:
Xác định nội lực
Việc tính toán bản sàn theo sơ đồ khớp dẻo cho phép xác định nơi hình thành khớp dẻo và cách phân phối nội lực giữa các nhịp và các gối một cách rõ ràng Sơ đồ khớp dẻo mô phỏng hành vi chịu lực của bản sàn và dự báo phân bố ứng suất giữa nhịp với gối, từ đó tối ưu hóa thiết kế và lựa chọn vật liệu Nhờ đó, thiết kế bản sàn có thể tối ưu kích thước, vị trí khớp dẻo và mức độ cứng cần thiết để đảm bảo an toàn và hiệu quả kinh tế Kết quả tính toán theo sơ đồ khớp dẻo cung cấp cơ sở đánh giá khả năng chịu uốn, phân bổ nội lực và liên kết giữa các nhịp, giúp nâng cao độ bền và tối ưu chi phí vật liệu.
Trường hợp đều nhịp hoặc chênh nhịp không quá 10%, giá trị mômen cực đại tại các nhịp và các gối dải tính toán được xác định như sau:
- Mômen lớn nhất ở nhịp biên:
- Mômen lớn nhất ở gối thứ hai:
- Moomen lớn nhất ở các nhịp giữa và các gối giữa:
Lực cắt trong dải bản tính toán được xác định theo công thức sau:
- Gía trị lực cắt bên trái gối 2:
- Giá trị lực cắt bên phải gối 2 và các gối giữa:
Hình 2.3 Sơ đồ tính và biểu đồ bao moment của sàn
Tính cốt thép
Bê tông có cấp độ bền chịu nén B20: R b 5MPa
Cốt thép bản sàn sử dụng loại CB300-V: R s &0MPa R, sw !0MPa
Hình 2.4 Sơ đồ tính thép
C = 20mm – lớp bê tông bảo vệ
Từ các giá trị moment ở nhịp và ở gối, giả thiết a = 25mm, tính cốt thép:
Kiểm tra hàm lượng cốt thép: min max
= = = = Kết quả tính cốt thép được tóm tắt trong bảng sau:
Bảng 2.2 Tính cốt thép cho bản sàn
Kiểm tra khả năng chịu cắt cho sàn
Kiểm tra khả năng chịu cắt của bê tông sàn theo công thức sau: max 0.625 b bt 0 2, 4 (0 0,5 )
Trong đó: Qmax là lực cắt lớn nhất trong bản sàn
= + + Vậy bê tông sàn đủ khả năng chịu cắt, nên ta không cần đặt cốt đai (thay đổi tiết diện, cấp độ bền bê tông, hoặc nhóm cốt thép).
Bố trí cốt thép
Đối với các ô bản có dầm liên kết ở bốn biên, vùng gạch chéo trên hình được giảm 20% lượng thép so với kết quả tính được Ở các gối giữa và các nhịp giữa, lượng thép cần được điều chỉnh tương ứng để đảm bảo an toàn cấu trúc và tối ưu chi phí thi công.
• Thép đặt dọc theo các gối biên và phía trên dầm chính đảm bảo:
• Cốt thép phân bố chọn theo điều kiện:
Chọn chiều dài đoạn neo cốt thép nhịp vào gối tựa :
Bố trí cốt thép cho bản sàn được thể hiện trên hình
Hình 2.5 Vùng giảm cốt thép
Hình 2.6 Bố trí cốt thép bản sàn
THIẾT KẾ DẦM PHỤ
Sơ đồ tính
Dầm phụ là dầm 5 nhịp,các nhịp giữa kê lên dầm chính,các nhịp biên kê lên tường biên.Đoạn dầm phụ kê lên tường lấy : ( )
Hình 3.1 Sơ đồ tính xác định nhịp tính toán của dầm phụ
Dầm phụ tính theo sơ đồ khớp dẻo
Cdp – đoạn dầm phụ kê lên tường, chọn Cdp = 220mm
Nhịp tính toán của dầm phụ lấy theo mép gối tựa Đối với nhịp biên:
Xác định tải trọng
Trọng lượng bản thân dầm phụ:
= − Tĩnh tải từ bản sàn truyền vào:
Hoạt tải tính toán từ bản sàn truyền vào:
Xác định nội lực
9, 68 dp dp p g = Tra phụ lục 8 và nội suy ta được k = 0,261
Tung độ của biểu đồ bao mômen tính theo công thức sau: M = q dp L 0 2 Trong đó: β phụ thuộc hệ số k, (tra bảng)
Kết quả tính toán được tóm tắt trong bả
Moment âm ở nhịp biên triệt tiêu cách mép gối tựa một đoạn là:
Moment dương triệt tiêu cách mép gối tựa một đoạn: Đối với nhịp biên:
2 0,15 ob 0,15 5.19 0, 779 x = L = = m Đối với nhịp giữa
Moment dương lớn nhất cách gối tựa biên một đoạn:
Bảng 3.1 Xác định tung độ biểu đồ bao moment của dầm phụ
Biểu đồ bao lực cắt
Tung độ của biểu đồ bao lực cắt được xác định như sau:
Bên phải gối thứ 2, bên trái và bên phải gối thứ 3:
Hình 3.2 Biểu đồ bao nội lực của dầm phụ
Tính cốt thép
Bê tông có cấp độ bền chịu nén B20, R b , 5MPa R; bt =0, 9MPa
Cốt thép dọc của dầm phụ sử dụng loại CB-300V: R s &0MPa R, sw !0MPa
Cốt thép đai của dầm phụ sử dụng loại CB-240T: R s !0MPa R, sw 0MPa
Cốt dọc a) Tại tiết diện ở nhịp:
Tương ứng với giá trị moment dương, bản cánh chịu nén, tiết diện tính toán là tiết diện chữ T
Kích thước tiết diện chữ T (b ' f 60;h ' f ;b 0;h@0mm)
Xác định vị trí trục trung hòa:
= − Nhận xét: M < Mf nên trụng trung hòa qua cánh, tính cốt thép theo tiết diện chữ nhật b ' f h dp 60 400 mm b) Tại tiết diện ở gối:
Tương ứng với giá trị moment âm, bản cánh chịu kéo, tính cốt thép theo tiết diện chữ nhật b dp h dp 0 400 mm
Hình 3.3 Tiết diện tính cốt thép dầm phụ
Kết quả tính cốt thép được tóm tắt trong bảng 3.2
Bảng 3.2 Tính cốt thép dọc cho dầm phụ
(200x400) 50.61 0.1903 0.2130 640.71 0.94 2d16 + 2d12 628.4 Kiểm tra hàm lượng cốt thép:
= = = = Cốt ngang a) Kiểm tra điều kiện ứng suất nén chín:
98,9kN248, 4kN(thỏa mãn) b) Xác định chiều dài hình chiếu C của tiết diện nghiêng lên trục dầm
Giả thiết cốt đai được đặt vuông góc với trục dầm và khoảng cách giữa các cốt đai được giữ không đổi trên toàn tiết diện nghiêng đang xét Tiết diện nghiêng nguy hiểm nhất là tiết diện có Q_b + Q_sw nhỏ nhất.
• Trong đó sw sw sw w q R A
= S là khả năng chịu lực của cốt đai phân bố đều trên trục dầm
• Chọn sơ bộ cốt đai 2 nhánh d8a150mm, số nhánh cốt đai n = 2
• Ta có: Q sw = sw q C sw =0, 75 113, 94 0, 52 D, 44kN
Qmax = 98,9kN < Qb + Qsw = 60 + 44,44 = 104,44kN
Vậy ta bố trí d8a150 đoạn L/4 đầu dầm và d8a300 đoạn L/2 giữa dầm.
Biểu đồ bao vật liệu
Tính khả năng chịu lực của tiết diện
Trình tự tính như sau:
- Tại tiến diện đang xét, cốt thép bố trí có diện tích As
Chiều dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép dọc được chọn là a0 = 20 mm Khoảng cách thông thủy giữa hai thanh thép theo phương chiều cao của dầm được xác định là t = 25 mm đối với thép lớp dưới và t = 30 mm đối với thép lớp trên, nhằm đảm bảo khoảng cách làm việc hợp lý và tăng cường khả năng chịu lực của kết cấu.
- Xác định ath h oth =h dp −a th
- Tính khả năng chịu lực theo các công thức sau:
= = − Kết quả tính toán được tóm tắt trong bảng sau
Bảng 3.3 Tính khả năng chịu lực của dầm phụ
Tiết diện Cốt thép As
Xác định tiết diện cắt lý thuyết
- Vị trí tiết diện cắt lý thuyết, x, được xác định theo tam giác đồng dạng
- Lực cắt tại tiết diện cắt lý thuyết, Q, lấy bằng độ dốc của biểu đồ bao moment
Bảng 3.4 Xác định vị trí và lực cắt tại tiết diện cắt lý thuyết
Tiết diện Thanh thép Vị trí điểm cắt lý thuyết x
(bên phải lấy đối xứng)
(bên phải lấy đối xứng)
Xác định đoạn kéo dài W Đoạn kéo dài W được xác định theo công thức:
Trong đó: Q – lực cắt tại tiết diện cắt lý thuyết, lấy bằng độ dốc của biểu đồ bao moment;
Qs,inc là khả năng chịu cắt của cốt xiên nằm trong vùng cắt bớt cốt dọc; tuy nhiên mọi cốt xiên đều nằm ngoài vùng cắt bớt cốt dọc nên Qs,inc = 0 qsw là khả năng chịu cắt của cốt đai tại tiến diện cắt lý thuyết.
Trong đoạn dầm có cốt đai d8@150 thì:
4 113,94 / 150 sw sw sw q R na kN m s
= = Trong đoạn dầm có cốt đai d8@300 thì:
300 sw sw sw q R na kN m s
= = d – đường kính cốt thép được cắt
Kết quả tính các đoạn W được tóm tắt trong bảng sau
Bảng 3.5 Xác định đoạn kéo dài W của dầm phụ
(đối xứng với bên phải)
Kiểm tra neo và nối cốt thép
Nhịp bố trí 3d16 + 3d12 có As = 942 mm 2, neo vào gối 3d12 có As = 339 mm 2 > 1/3 x 942 = 314 mm 2 Các giữa nhịp bố trí 2d16 + 2d12 có As = 628 mm2, neo vào gối 2d12 có As = 226 mm2 > 1/3 x 628 = 209 mm2 Chọn chiều dài neo thép vào gối biên là 30d với thép lớp trên và 22d với thép lớp dưới Nối thép tại vùng bê tông chịu nén và chọn chiều dài nối là 26d.
THIẾT KẾ DẦM CHÍNH
Sơ đồ tính
Dầm Chính được tính theo sơ đồ đàn hồi, xem như một dầm liên tục có 5 nhịp tựa lên tường biên và các cột
Hình 4.1 Sơ đồ tính của dầm chính
Cdc – đoạn dầm chính kê lên tường, chọn Cdc = 340 mm
Nhịp tính toán lấy theo khoảng cách từ trục đến trục, cụ thể như sau:
Xác định tải trọng
Tải trọng từ bản sàn truyền lên dầm phụ rồi từ dầm phụ truyền lên dầm chính dưới dạng lực tập trung
Hình 4.2 Xác định tải trọng tác dụng lên dầm chính
Trọng lượng bản thân dầm chính:
Từ dầm phụ truyền lên dầm chính:
Từ dầm phụ truyền lên dầm chính:
Xác định nội lực
Các trường hợp đặt tải
Sơ đồ tính dầm chính đối xứng, các trường hợp đặt tải được trình bày trên hình
Xác định biểu đồ moment cho từng trường hợp tải
Tung độ của biểu đồ moment tại tiết diện bất kì của từng trường hợp được xác định theo công thức:
- hệ số tra phụ lục 9
Hình 4.3 Các trường hợp đặt tải của dầm năm nhịp
Bảng 4.1 Xác định tung độ biểu đồ moment (kNm)
Trong các sơ đồ b,c,d,e,f,g bảng tra không cho giá trị ta phải nội suy theo phương pháp cơ học kết cấu
Sơ đồ b Đoạn dầm AB:
29 Đoạn dầm AB M1 = 274,23-205,39/3 5,76 kNm M2 = 274,23-2x205,39/37,303 kNm Đoạn dầm BC M3 = 274,23-36,7-2x(205,39-36,7)/35,07kNm M4 = 274,23-36,7-(205,39-36,7)/31,3kNm
Sơ đồ e Đoạn dầm BC M3 = 274,23-59,88-(205,39-36,7)/30,57kNm M4 = 274,23-59,88-2x(205,39-36,7)/36,79kNm Đoạn dầm CD M3 = 274,23-59,88-2x(205,39-36,7)/35,16kNm M4 = 274,23-59,88-(205,39-36,7)/37,32kNm
Sơ đồ f Đoạn dầm CD M1 = 274,23-59,87-2x(98,51-59,87)/38,6kNm M2 = 274,23-59,87-(98,51-59,87)/3 1,48kNm
30 Đoạn dầm AB M1 = 274,23-121,04/3#3,88kNm M2 = 274,23-2x121,04/33,54kNm
Xác định biểu đồ bao moment
Bảng 4.2 Xác định tung độ biểu đồ moment thành phần và biểu đồ bao moment (kNm)
Xác định moment mép gối
Hình 4.4 Xác định moment mép gối (kNm)
Chọn M mg B ph , =M mg B tr , '1,98kNm
Chọn M mg C ph , =M mg C tr , #5, 74kNm
Hình 4.5 Các biểu đồ moment thành phần và biểu đồ bao moment (kNm)
Biểu đồ bao lực cắt
Xác định biểu đồ lực cắt cho từng trường hợp tải
Tính và vẽ biểu đồ lực cắt:
- Ta có quan hệ giữa moment và lực cắt: “Đạo hàm của moment chính là lực cắt” Vậy ta có: M’=Q=tg
- Xét hai tiết diện a và b cách nhau một đoạn x, chênh lệch moment của hai tiết diện là =M M a −M b Do đó lực cắt giữa hai tiết diện đó là
Bảng 4.3 Xác định tung độ biểu đồ bao lực cắt (kN)
Xác định các biểu đồ bao lực cắt Bảng 4.4 Xác định tung độ biểu đồ lực cắt thành phần và biểu đồ bao lực cắt (kN)
Hình 4.6 Biểu đồ lực cắt thành phần và biểu đồ bao (kN)
Tính cốt thép
Bê tông có cấp độ bền chịu nén B20, R b , 5MPa R; bt =0, 9MPa
Cốt thép dọc của dầm phụ sử dụng loại CB-300V: R s &0MPa R, sw !0MPa
Cốt thép đai của dầm phụ sử dụng loại CB-240T: R s !0MPa R, sw 0MPa
Cốt dọc a) Tại tiết diện ở nhịp
Tương ứng với giá trị moment dương, bản cánh chịu nén, tiết diện tính toán là tiết diện chữ T
Kích thước tiết diện chữ T (b ' f 80;h ' f ;b00;hp0mm)
Xác định vị trí trục trung hòa:
= − Nhận xét: M < Mf nên trụng trung hòa qua cánh, tính cốt thép theo tiết diện chữ nhật b ' f h dp 80 700 mm b) Tại tiết diện ở gối
Tương ứng với giá trị moment âm, bản cánh chịu kéo, tính cốt thép theo tiết diện chữ nhật b dc h dc 00 700 mm
Giả thiết a goi mmh 0 = −h a goi p0 80− b0mm
Hình 4.7 Tiết diện tính cốt thép dầm chính
Kết quả tính cốt thép được tóm tắt trong bảng
Bảng 4.5 Tính cốt thép dọc cho dầm chính
(1380x700) 230.67 0.0378 0.0386 1459.08 0.78 2d18+2d25 1491 Kiểm tra hàm lượng cốt thép: min max
= = = = Cốt ngang c) Kiểm tra điều kiện ứng suất nén chín:
196, 76kN641, 7kN(thỏa mãn) d) Xác định chiều dài hình chiếu C của tiết diện nghiêng lên trục dầm
Giả thiết cốt đai đặt vuông góc với trục dầm và khoảng cách giữa các cốt đai được giữ không đổi trên toàn tiết diện nghiêng đang xét Tiết diện nghiêng nguy hiểm nhất là tiết diện có tổng Qb + Qsw nhỏ nhất.
• Trong đó sw sw sw w q R A
= S là khả năng chịu lực của cốt đai phân bố đều trên trục dầm
• Chọn sơ bộ cốt đai 2 nhánh d8a150mm, số nhánh cốt đai n = 2
• Ta có: Q sw = sw q C sw =0, 75 113, 94 1,17 , 98kN
Qmax = 196,76kN < Qb + Qsw = 133,06 + 99,98 = 233,04kN
Vậy ta bố trí d8a150 đoạn L1 đầu dầm và d8a300 đoạn L1 giữa dầm
Lực tập trung do dầm phụ truyền lên dầm chính:
Sử dụng cốt treo dạng đai, chọn d10 (asw = 79 mm 2 ), n = 2 nhánh Số lượng cốt treo cần thiết:
= Chọn m = 6 đai, bố trí mỗi bên 3 đai trong đoạn hs = 150mm.
Biểu đồ bao vật liệu
Tính khả năng chịu lực của tiết diện
Trình tự tính như sau:
- Tại tiến diện đang xét, cốt thép bố trí có diện tích As
Trong thiết kế kết cấu dầm, chiều dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép được quy định là a0 = 25 mm Khoảng cách thông thủy giữa hai thanh thép theo phương chiều cao của dầm được xác định là t = 25 mm đối với thép lớp dưới và t = 30 mm đối với thép lớp trên.
- Xác định ath h oth =h dp −a th
- Tính khả năng chịu lực theo các công thức sau:
= = − Kết quả tính toán được tóm tắt trong bảng sau
Bảng 4.6 Tính khả năng chịu lực của dầm chính
Tiết diện Cốt thép As
Xác định tiết diện cắt lý thuyết
- Vị trí tiết diện cắt lý thuyết, x, được xác định theo tam giác đồng dạng
- Lực cắt tại tiết diện cắt lý thuyết, Q, lấy bằng độ dốc của biểu đồ bao moment
Bảng 4.7 Xác định vị trí và lực cắt tại tiết diện cắt lý thuyết
Thanh thép Vị trí điểm cắt lý thuyết x (mm) Q (kN)
(bên phải lấy đối xứng)
Xác định đoạn kéo dài W Đoạn kéo dài W được xác định theo công thức:
Trong đó: Q – lực cắt tại tiết diện cắt lý thuyết, lấy bằng độ dốc của biểu đồ bao moment;
Qs,inc đại diện cho khả năng chịu cắt của cốt xiên nằm trong vùng cắt bớt cốt dọc; mọi cốt xiên đều nằm ngoài vùng cắt bớt cốt dọc nên Qs,inc = 0 qsw là khả năng chịu cắt của cốt đai tại tiến diện cắt lý thuyết, với các tham số sw và qR na được dùng để mô tả và đánh giá sức chịu tải ở tiến diện này.
Trong đoạn dầm có cốt đai d8@150 thì:
4 113,94 / 150 sw sw sw q R na kN m s
= = Trong đoạn dầm có cốt đai d8@300 thì:
300 sw sw sw q R na kN m s
= = d – đường kính cốt thép được cắt
Kết quả tính các đoạn W được tóm tắt trong bảng sau.