ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP 1

Đồ án bê tông cốt thép bao gồm việc thiết kế và xây dựng cấu trúc bằng vật liệu bê tông kết hợp với thép. Công trình này thường được sử dụng trong xây dựng cầu, tòa nhà cao tầng, nhà máy, và các công trình công nghiệp khác. Đồ án bê tông cốt thép đòi hỏi tính toán kỹ thuật chính xác và quản lý chất lượng công việc thi công.

I SỐ LIỆU TÍNH TOÁN

1 Sơ đồ kết cấu sàn: Sơ đồ sàn A

2 Kích thước tính từ giữa trục dầm và trục tường là l1=2,3 m; l2=5,7 m

Tường chịu lực có chiều dày b t=0,34 m Cốt bê tông cốt thép tiết diện

b c x b c = 0,4m x 0,4m

3 Sàn nhà dân dụng cấu tạo mặt sàn

gồm 4 lớp như hình vẽ bên cạnh

Hoạt tải tiêu chuẩn p tc=9,4 kN /m2,

hệ số tin cậy hoạt tải n=1,2

4 Bê tông cấp độ bền theo cường độ

việc theo một phương.

Chọn chiều dày của bản:

h b=D

m L1 = 1

30 2300=76,67 mm → chọn h b=80 mm

Trong đó:

D – Là hệ số phụ thuộc tải trọng tác dụng lên bản, D = (0,8÷ 1,4)

m – Hệ số phụ thuộc liên kết của bản, với bản loại dầm m = (30 ÷ 35)

Để tính toán, cắt theo phương cạnh ngắn một dải bản có chiều rộng b=1m và xem dải bản làm việc như một 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 nhịp giữa: l0 =L1 −b dp=2300−200=2100(mm)

Chênh lệch nhau giữa các nhịp:

Hệ số độtin cậy

Giá trịtính toán(kN/m2)

Hoạt tải toàn phần qb = gb + pb = 3,36 + 11,28 = 14,64 kN/m2

Tính toán với dải bản b1=1m, có qb = 14,64.1 = 14,64 kN/m

4 Nội lực tính toán

Hình 2 Sơ đồ tính toán và làm việc của dải bản

5 Tính cốt thép chịu momen uốn

Bê tông có cấp đồ bền chịu nén B20 có: R b=11,5(MPa)

Cốt thép loại CI có: R s=225(MPa)

Tính theo sơ đồ khớp dẻo, hệ số hạn chế vùng nén: ξ D=0,37 ; αpl=0,255

Giả thiết chọn khoảng cách từ trọng tâm As đến mép chịu kéo: a=15mm cho mọi tiết diện, chiều cao làm việc của bản:

h0=h b−a=80−15=65(mm)

5.1 Tính cốt thép tại gối biên và nhịp giữa:

Tại gối biên và nhịp biên, với M=5,7 (kN/m)

5.2 Tính cốt thép tại gối giữa và nhịp giữa:

Tại gối giữa và nhịp giữa, với M = 4,035 (kN/m)

Như vậy trị số đã dùng để tính toán là ho = 65 (mm) là thiên về an toàn.

Cốt thép chịu mômen âm: với p b

* Cốt thép chịu momen âm đặt theo phương vuông góc với dầm chính:

Chọn ∅ 8 s=200 có As=252 mm2 < 50%As gối giữa = 0,5.288=144 mm2

Sử dụng các thanh cốt mũ, đoạn vươn ra tính từ mép dầm chính là:

* Cốt thép phân bố được bố trí vuông góc với cốt thép chịu lực:

Ta có 20% diện tích cốt thép tính toán tại giữa nhịp:

+ Tại nhịp biên: 20%.415,5 = 83,1 mm2

+ Tại nhịp giữa: 20%.279,8 = 55,96 mm2

 Chọn ∅ 6 s=250 mm có As =113 mm2 ¿20 % A s giữa nhịp

Hình 3 Sơ đồ sàn

Hình 4 Bố trí thép theo mặt cắt III-III

Hình 5 Bố trí thép bản theo mặt cắt I-I

Hình 6 Bố trí thép bản theo mặt cắt II-II

Dầm phụ là dầm 3 nhịp đối xứng, các nhịp giữa kê lên dầm chính, các nhịp biên

kê lên tường biên, đoạn gối kê lên tường lấy Sd=220 mm

Dầm phụ được tính theo sơ đồ khớp dẻo

Theo giả thiết, kích thước dầm chính là (300x700) mm

Ta xác định được các nhịp tính toán của dầm phụ:

3.1 Biểu đồ bao momen

Tung độ tại các tiết diện của biểu đồ bao momen (nhánh dương):

Kết quả tính toán được trình bày trong bảng sau:

Bảng 2 Xác định tung độ biểu đồ bao momen của dầm phụ

Hình 7 Sơ đồ tính và biểu đồ nội lực

4 Tính cốt thép dọc

Bê tông có cấp độ bền chịu nén B20: Rb = 11,5 MPa; Rbt = 0,9 MPa

Cốt thép dọc của dầm phụ sử dụng loại CII: Rs = 280MPa

Cốt thép đai của dầm phụ sử dụng loại CI: Rsw = 175 MPa

4.1 Với momen âm

Các tiết diện ở gối chịu momen âm, cánh nằm trong vùng kéo, bỏ qua sự làm việc của cánh, tính toán theo tiết diện chữ nhật b=2000 (mm) , h=400 (mm)

4.2 Với momen dương

Tính theo tiết diện chữ T, có cánh nằm trong vùng nén nên cùng tham gia chịu lực với sườn Lấy h f=h b=80 (mm)

Mmax = 97,181 (kN/m) < Mf =598 (kN/m) nên trục trung hòa đi qua cánh, do đó tatính như đối với tiết diện hình chữ nhật với kích thước: 2000 × 400(mm)

Bảng 3 Bố trí cốt thép dọc cho các tiết diện chính của dầm

As tính toán (mm2) 966,4 (mm2) 874,86 (mm2) 638,9 (mm2)

Cốt thép 2∅20+1∅22 2∅18+1∅22 2∅18+1∅18

Diện tích (mm2) 1008,5 mm2 889,1 mm2 763,4 mm2

Hình 8 Bố trí cốt thép chịu lực trong các tiết diện dầm

6.2 Kiểm tra theo điều kiện ứng suất kéo chính trên tiết diện nghiêng:

Để đảm bảo bê tông không bị phá hoại trên tiết diện nghiêng theo ứng suất kéo chính, cần thỏa mãn điều kiện:

 Như vậy chọn: q sw=54,39 kN /m để tính toán.

Chọn đường kính thép đai ∅6 có asw = 28,3 mm2 có hai nhánh

Khoảng cách giữa các lớp cốt đai theo yêu cầu cấu tạo s ct:

(Sct phụ thuộc chiều cao h của tiết diện dầm)

+ Đoạn gần gối tựa: h = 400 mm ≤ 450 mm  s ct ≤min(4002 ;150)=150 mm

+ Đoạn giữa nhịp: h > 300  s ct=min(34h ;500)=300 mm

7 Biểu đồ bao vật liệu

7.1 Tính khả năng chịu lực của tiết diện

* Tại nhịp biên, momen dương, tiết diện chữ T có cánh nằm trong vùng nén, bề

* Kết quả tính toán khả năng chịu lực ghi trong bảng 5, mọi tiết diện được tính

toán theo tiết diện đặt cốt thép đơn (với tiết diện chịu momen dương thay b=bf)

Bảng 5 Tính toán khả năng chịu lực của dầm phụ

7.2 Xác định tiết diện cắt lí thuyết

 Bên trái gối B:

→ Q=95,97 kN

Tại khu vực này cốt đai được bố trí ∅6 s=150 mm

Cốt thép số 2 (đầu phải) Cách mép phải gối B: 737 mm W2 = 640 mm

Cốt thép số 3 (đầu trái) Cách mép trái gối B: 1520 mm W3 = 840 mm

Cốt thép số 5 (đầu trái) Cách mép phải gối B: 1930 mm W5T= 500 mm

7.3 Kiểm tra về uốn cốt thép

Cốt thép số 2 được sử dụng kết hợp vừa chịu momen dương ở nhịp biên vừa chịu momen âm tại gối B, nó được uốn tại bên trái gối B

Nếu coi cốt thép số 2 được uốn từ trên gối xuống, điểm bắt đầu uốn cách tiết diện trước 330 mm > h0

2 = 184,5 mm

Điểm kết thúc uốn cách mép trái gối B một đoạn: 330 + 561 = 891 mm, nằm ra ngoài tiết diện sau

7.4 Kiểm tra neo cốt thép

Cốt thép ở phía dưới sau khi được uốn, cắt, số còn lại khi kéo vào gối đều phải đảm bảo lớn hơn 1/3 diện tích cốt thép ở giữa nhịp:

Nhịp biên bố trí 1 ∅22+2∅20, uốn 1 ∅22 còn 2∅20, diện tích còn 62,3% khi vào gối.Nhịp giữa bố trí 1 ∅18+2∅18, cắt 1 ∅18 còn 2∅18, diện tích còn 66,7% khi vào gối.Điều kiện tại gối:

Hình 9: Bố trí cốt thép và hình bao vật liệu dầm phụ

Hình bao vật liệu; Mặt cắt dọc dầm; Khai triển cốt thép; Các mặt cắt ngang

Đoạn dầm kê lên tường bằng chiều dày tường b t=340 mm

Nhịp tính toán ở nhịp biên và nhịp giữa đều bằng 6,9m

3.1 Biểu đồ bao momen

3.1.1 Xác định biểu đồ momen cho từng trường hợp tải

Tung độ của biểu đồ momen tại tiết diện bất kì của từng trường hợp đặt tải được xác định theo công thức:

M G=αGl=α 65,847 6,9=454,344 α(kN m)

M Pi=αPl=α 147,881.6,9=1020,38.α (kN m)

(trong đó α hệ số tra từ phụ lục 12)Bảng 7 Xác định tung độ biểu đồ momen (kNm)

Trong sơ đồ MP3 còn thiếu α để tính momen tại các tiết diện 1,2,3,4 Để tính toán

cắt rời các nhịp AB, BC Nhịp 1 và 2 không có tải trọng, tính M0 của dầm đơn giản

kê lên 2 gối tự do M0 =PL1=147,881.2,3=340,126 kNm

Dùng phương pháp treo biểu đồ, kết hợp các quan hệ tam giác đồng dạng, xác địnhđược các giá trị momen:

+ Sơ đồ MP4:

+ Sơ đồ MP5:

+ Sơ đồ MP6:

Hình 11: Sơ đồ tính bổ trợ momen tại một số tiết diện

Hình 12: Sơ đồ tính momen trong dầm

3.1.2 Xác định biểu đồ bao momen

Bảng 8 Xác định tung độ biểu đồ momen thành phần và biểu đồ bao momen

Hình 13: Biểu đồ bao momen

3.1.3 Xác định momen mép gối B

Dùng biểu đồ ở hình dưới xác định momen mép gối Mmg Xác định momen ở mép gối: Từ hình bao momen trên gối B, thấy rằng phía bên phải gối B độ dốc của biểu

đồ Mmin bé hơn phía trái

Tính momen mép phía phải gối B sẽ có trị tuyệt đối lớn hơn

Hình 14 Sơ đồ tính M mg tại gối B

3.2.1 Xác định biểu đồ lực cắt cho từng trường hợp tải

- Tung độ của biểu đồ bao lực cắt

+ Do tác dụng của tĩnh tải G: QG = β.G = β.65,847(kN)

+ Do tác dụng của hoạt tải Pi: QPi= β.Pi = βI.147,881 (kN)

Trong đó hệ số β được tra ở phụ lục 12, các trường hợp tải trọng lấy theo hình 13,

kết quả ghi trong bảng số 8

Trong đoạn giữa nhịp, suy ra lực cắt Q theo phương pháp mặt cắt, xét cân bằng

a Với momen âm

Tính theo tiết diện chữ nhật b=300mm h=700mm

Ở trên gối cốt thép dầm chính phải đặt xuống phía dưới hàng trên cùng của thép dầm phụ nên a khá lớn

Giả thiết a=60 mm, h0 = 700-60 = 640 mm

Sử dụng momen mép gối để tính cốt thép cho tiết diện gối do dầm chính tính theo

μ= A s

b h0.100 %=

2289 300.640.100 %=1,19 %> μ min=0,05 %

 Chọn 2Ø25 + 2Ø22 có tiết diện A s=2463 mm2

b Với momen dương

Tính theo tiết diện chữ I có cánh nằm trong vùng nén bề dày h f=80 mm

 Chọn 2Ø25 + 2Ø22 có tiết diện A s=1742,1 mm2

Bảng 13 Bố trí cốt thép dọc cho các tiết diện của dầm chính

3.3.2 Tính cốt thép chịu lực cắt

a Tính cốt đai khi không có cốt xiên

Bên phải gối A, dầm có lực cắt Q A P=174,62 kNlà hằng số trong đoạn l1

Bên trái gối B, dầm có lực cắt Q B T=276,54 kNlà hằng số trong đoạn l1

Bên phải gối B, dầm có lực cắt Q A P=256,79 kNlà hằng số trong đoạn l1

 Tại bên phải gối A, Q A P=174,62 kN

Kiểm tra điều kiện xem tính toán cốt thép chịu lực cắt có thỏa mãn:

0,984

Chọn cốt đai Ø8 2 nhánh tiết diện Asw =2.50,3 = 100,6 mm2

Khoảng cách giữa các lớp cốt đai

Vậy chọn khoảng cách giữa các cốt đai:

S=min(s tt , s ct , s max)=min ⁡¿950)mm = 233,3 mm

 Chọn s=230 mm

Bố trí cốt đai Ø8, 2 nhánh, s = 230 mm tại khu vực gần gối A

 Tại bên phải gối B, QB

Chọn cốt đai Ø8 2 nhánh tiết diện Asw =2.50,3 = 100,6 mm2

Khoảng cách giữa các lớp cốt đai:

Vậy chọn khoảng cách giữa các cốt đai:

S=min(s tt , s ct , s max)=min ⁡¿646) mm = 148,8 mm

Bên phải gối B có lực cắt: QB P=256,79(kN )<Qu=266,29 (kN )

 Như vậy, phần dầm bên phải gối B, trong đoạn l1 không bố trí cốt xiên

 Bên trái gối B với lực cắt QB

T

=276,54 (kN )

M b=2 Rbt b h20=2.0,9 300 6402=221,184 kNm

Giả sử dùng cốt đai Ø8, 2 nhánh s=140 mm tại bên trái gối B Kiểm tra khả năng

chịu lực cắt của dầm tại khu vực này

 Như vậy phần dầm bên trái gối B, trong đoạn l1 phải bố trí cốt xiên.

b Cấu tạo và tính toán cốt xiên

 Bố trí các lớp cốt xiên:

- Trong đoạn dầm dài l1 bên trái gối B, bố trí 2 lớp cốt xiên:

+ Đặt 2 thanh cốt thép Ø22 làm lớp cốt xiên thứ nhất, A s inc 1=760 mm 2

+ Cốt thép dọc 2Ø28 vừa chịu M+ ở nhịp được uốn lên để vừa chịu M- ở gối vừa kết hợp làm cốt thép xiên, có diện tích A s inc 2=1231,5 mm 2

+ Các thanh cốt xiên này thuộc nhóm CII, do vậy R sw=225 MPa

- Với chiều cao dầm h=700mm nên góc hợp bởi cốt xiên và trục dầm lấy bằng 450

- Cốt xiên phải được bố trí đối xứng qua mặt phẳng uốn của dầm, khoảng cách giữa các lớp cốt xiên cần thỏa mãn:

+ Đầu lớp cốt xiên thứ nhất cách mép gối tựa một đoạn:

 Thỏa mãn điều kiện cường độ

* Kiểm tra điều kiện cường độ đối với lớp cốt xiên thứ 2:

(2Ø28 có A s inc 1=1231,5 mm2)

 Thỏa mãn điều kiện cường độ

* Kiểm tra điều kiện cường độ đối với mặt cắt nguy hiểm C0

Q ≤Q b+Q sw+Q s ,inc=M b

C +q sw C0+R sw A s incsinα( ¿ ∗ ¿ ) Trong đó: Q=Q T B=276,54 kN

Cốt treo được đặt dưới dạng cốt đai, diện tích tính toán:

3.4.1 Tính khả năng chịu lực của tiết diện

* Tại nhịp biên: momen dương, tiết diện chữ T có cánh nằm trong vùng nén, bề rộng cánh b=bf=2600 mm, bố trí cốt thép 2Ø25 + 2Ø28 có As=2213,3 mm2

Nên trục trung hòa đi qua cánh

* Kết quá tính toán các tiết diện còn lại được ghi trong bảng 10 Mọi tiết diện đều

được tính toán theo trường hợp đặt cốt thép đơn Với tiết diện chịu momen dương

Bảng 11 Khả năng chịu lực của tiết diện

3.4.2 Xác định tiết diện cắt lý thuyết

 Cốt thép số 4 đầu bên trái gần gối B:

Cắt cốt thép cốt số 4 (2∅22) tiết diện giữa nhịp thứ hai còn lại cốt thép số 3 (2∅25)

ở phía dưới, khả năng chịu lực của thớ là 179,62 (kN.m) Giao điểm của biểu đồ

bao momen và biểu đồ bao vật liệu chính là mặt cắt lí thuyết

246,09−179,62

2300−x

2300 → x=1838 mm

Xác định đoạn kéo dài của cốt thép số 4 (ở bên trái) - W4T :

+ Q là độ dốc của biểu đồ momen:

Q = 246,09−(−85,03)

2,3 = 143,97 (kN)

+ Tại khu vực này cốt đai là ∅8, s = 140 (mm), không bố trí cốt xiên nên:

Xác định đoạn kéo dài của cốt thép số 2 (ở bên phải) – W 2 :

+ Q là độ dốc của biểu đồ momen:

Xác định đoạn kéo dài của cốt thép số 2 (ở bên phải) – W 4P:

+ Q là độ dốc của biểu đồ momen:

Tiết diện cách gối B một đoạn là: 807 + 2300 = 3107 mm

Xác định đoạn kéo dài của cốt thép số 5 (ở bên trái) – W5T:

+ Q là độ dốc của biểu đồ momen:

Xác định đoạn kéo dài của cốt thép số 6 (ở bên trái) – W6T:

+ Q là độ dốc của biểu đồ momen:

Q = 449,3−31,972,3 = 181,45 (kN)

+ Tại khu vực này có bố trí cốt xiên Qs,inc = 120,915 kN

+ Tại khu vực này cốt đai là ∅8, s = 140 (mm):

200,39−93,7

Xác định đoạn kéo dài của cốt thép số 6 (ở bên phải) – W6P:

+ Q là độ dốc của biểu đồ momen:

Xác định đoạn kéo dài của cốt thép số 6 (ở bên phải) – W 8T:

+ Q là độ dốc của biểu đồ momen:

Cốt thép số 2 (đầu bên phải) Cách trục gối B là 906 mm W2P= 500mmCốt thép số 4 (đầu bên phải) Cách trục gối C là 1639 mm W4P= 600mm

Cốt thép số 4 (đầu bên trái) Cách trục gối B là 1838 mm W4T= 680mmCốt thép số 5 (đầu bên trái) Cách trục gối B là 3107 mm W5T= 500mmCốt thép số 6 (đầu bên trái) Cách trục gối B là 627 mm W6T= 440mmCốt thép số 6 (đầu bên phải) Cách trục gối B là 1610 mm W6P= 720mmCốt thép số 8 ( đối xứng) Cách trục gối C là 1297 mm W8 = 685mm

3.4.3 Kiểm tra về uốn cốt thép

Tại bên trái gối B, cốt thép số 2 được uốn lên kết hợp chịu momen âm ở gối B Nếu xét uốn từ dưới lên Điểm bắt đầu uốn cách trục gối B một đoạn 2080 mm Điểm kết thúc uốn cách trục gối B một đoạn 1470 mm

Nếu xét uốn từ trên xuống điểm bắt đầu uốn cách trục gối B một đoạn 1470 mm, cách tiết diện trước một đoạn 843 mm > 0,5.h0 = 320 mm, điểm kết thúc uốn cách trục B một đoạn 2080 mm, đảm bảo nằm ra ngoài tiết diện sau

Hình 19: Uốn cốt thép

3.4.4 Kiểm tra về neo cốt thép

Cốt thép ở phía dưới sau khi được uốn, cắt, số còn lại khi kéo vào đầu gối đều phảiđảm bảo lớn hơn 1/3 diện tích cốt thép ở giữa nhịp:

Nhịp biên 2∅25 + 2∅28 Uốn 2∅25 còn 2∅28, diện tích còn 55,64% khi vào gốiNhịp giữa 2∅25 + 2∅22 Cắt 2∅22 còn 2∅25, diện tích còn 56,36% khi vào gốiĐiều kiện tại gối:

V Thống kê vật liệu