Thuyết minh tính toán Đồ Án môn học kết cấu bê tông cốt thép sàn sườn bê tông toàn khối có bản dầm

THUYẾT MINH TÍNH TOÁN ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP SÀN SƯỜN BTCT TOÀN KHỐI CÓ BẢN DẦM... Cốt thép cấu tạo – chịu momen âm không kể đến trong tính toán... Sơ đồ tính - Dầm ph

TP HCM Tháng 11 Năm 2023

Mã sinh viên: 21520100468

nh Thanh Toàn ị

n: Tr ệ

hi

c ự Sinh viên th

p: XD21/A3 ớ

L

c Hùng ố

n Qu ầ

Th.S Tr :

GVHD

M Ầ

N D Ả

I CÓ B Ố

N BÊ TÔNG TOÀN KH Ờ

SÀN SƯ

T THÉP Ố

U BÊ TÔNG C Ấ

T C Ế

C K Ọ

ÁN MÔN H

Ồ

Đ

T MINH TÍNH TOÁN Ế

THUY

U CÔNG TRÌNH Ấ

T C Ế MÔN K Ộ

B

NG Ự KHOA XÂY D

N TRÚC TP.HCM Ế

C KI Ọ

I H Ạ Đ NG Ờ TRƯ

MỤC LỤC

I SỐ LIỆU TÍNH TOÁN 1

1 Sơ đồ kết cấu Sàn: 1

2 Số liệu tính toán: 1

3 Chọn Vật Liệu 1

4 Chọn sơ bộ kích thước các cấu kiện 2

II THUYẾT MINH TÍNH TOÁN 2

1 Tính toán Bản sàn 2

2 Tính toán dầm phụ 10

III TÍNH TOÁN DẦM CHÍNH 22

1 Sơ đồ tính 22

2 Xác định tải trọng 23

3 Xác định nội lực 23

I SỐ LIỆU ĐỀ BÀI

d

d

d d

Mặt bằng dầm sàn

XD21/A3 –

21520100468 MSSV:

– Thanh Toàn

nh

ị

- Thuyết minh giấy trắng khổ A4 , có tờ đầu

đề này ở trang đầu

- Chữ viết rõ ràng , thể hiện đầy đủ các nội

dung tính toán Thuyết minh có bìa cứng ,

nội dung tờ bìa theo mẫu

- Bản vẽ khổ giấy A1 , có khung tên theo

mẫu

Vẽ bằng mực đen, không dung giấy can

Thiết kế sàn sườn BTCT toàn khối có sơ đồ mặt

bằng và các số liệu như sau:

XD21/A3–

21520100468MSSV:

–Thanh Toàn

nh

ị

THUYẾT MINH TÍNH TOÁN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP

SÀN SƯỜN BTCT TOÀN KHỐI CÓ BẢN DẦM

1 Trịnh Thanh Toàn – MSSV: 21520100468 – XD21/A3

Chọn sơ bộ kích thước các cấu kiện

4.1 Xác định sơ bộ chiều dày của bản sàn:

phương theo cạnh ngắn

2 Trịnh Thanh Toàn – MSSV: 21520100468 – XD21/A3

1.2 Sơ đồ tính

( vuông góc với dầm phụ ) một dải bản có chiều rộng b= 1m ( như hình vẽ )

- Nhịp tính toán của bản:

𝐶𝑏- đoạn kê lên tường, chọn 𝐶𝑏 = 100 mm

- Nhịp biên:

3Trịnh Thanh Toàn – MSSV: 21520100468 – XD21/A3

1.3.1 Tĩnh tải

tính toán được trình bày trong bảng sau :

Xác định tải trọng tác dụng

1.3

Tính nội lực bản dựa trên sơ đồ khớp dẻo

1.4.1 Momen lớn nhất ở nhịp biên và gối thứ 2:

Sơ đồ tính toán và biểu đồ nội lực của bản

1.5 Tính cốt thép

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

- Cốt thép sàn sử dụng loại CI( CB-240T ) : Rs = 210 Mpa

77 389

=

1

83 246

=

2

- Móc neo cốt thép chịu momen dương: ∅8 chọn 60mm , ∅6 chọn 50mm

Cốt thép chịu momen âm ( cốt thép mũ )

- Đoạn vươn của cốt thép chịu momen âm tính từ mép dầm phụ

Chiều dài thép chịu momen âm L= 710 × 2 = 1420 mm

- Tổng chiều dài kể cả 2 móc neo 80mm là : L = 1420 + 80 ×2 = 1580 mm

1.6.2 Cốt thép cấu tạo – chịu momen âm ( không kể đến trong tính toán )

- Chọn ∅6𝑎200 có diện tích trên mỗi mét bản là:

Lớn hơn 50% diện tích thép ở nhịp giữa là 0.5 × 246.83= 123.415

10Trịnh Thanh Toàn – MSSV: 21520100468 – XD21/A3

1.6.3 Cốt thép cấu tạo – phân bố ( vuông góc với thép chịu lực )

2 Tính toán dầm phụ

2.1 Sơ đồ tính

- Dầm phụ là dầm liên tục 3 nhịp đối xứng, có các gối tựa là tường biên và dầm chính

- Dầm phụ tính theo sơ đồ khớp dẻo, nhịp tính toán lấy theo mép gối tựa

11Trịnh Thanh Toàn – MSSV: 21520100468 – XD21/A3

- 𝐶𝑑𝑝 – đoạn dầm phụ kê lên tường: do tường được bổ trụ 300x300 mm tại vị trí dầm

2.2.3 Tổng tải:

Tổng tải trọng tác dụng lên dầm phụ:

𝑞𝑑𝑝=𝑔𝑑𝑝 + 𝑝𝑑𝑝 = 11 + 24 = 35 ( KN/m )

2.3 Xác định nội lực:

2.3.1 Biểu đồ bao momen:

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

𝑀𝑚𝑎𝑥= 𝛽∗ × 𝑞𝑑𝑝 × 𝐿2

- Tung độ nhánh âm tại các tiết diện của biểu đồ bao momen:

𝑀𝑚𝑖𝑛= 𝛽 × 𝑞𝑑𝑝 × 𝐿2

Trong đó:

- Momen âm ở nhịp biên bằng 0 cách mép bên trái gối tựa ( gối thứ 2 ) một đoạn:

𝑥1=k × 𝐿𝑏 = 1520.4657 ( mm )

- Momen dương bằng 0 cách gối tựa một đoạn:

*Với nhịp biên ( cách mép gối 2 ): 𝑥2=0.15 × 𝐿𝑏 = 886.5 ( mm )

*Với nhịp giữa ( cách mép dầm chính ): 𝑥3=0.15 × 𝐿𝑔 = 870 ( mm )

- Momen dương lớn nhất cách gối tựa một đoạn:

*Với nhịp biên ( cách mép tường ): 𝑥4=0.425 × 𝐿𝑏 = 2511.75 ( mm )

*Với nhịp giữa ( cách mép dầm chính ): 𝑥5=0.5 × 𝐿𝑔 = 2900 ( mm )

- Kết quả tính toán được tóm tắt trong Bảng bên dưới :

13Trịnh Thanh Toàn – MSSV: 21520100468 – XD21/A3

Xác định tung độ biểu đồ bao mômen của dầm phụ

Tung độ của biểu đồ bao lực cắt được xác định như sau:

*Đối với gối biên:

Rb = 11,5 (Mpa); Rbt = 0,9 (MPa); Eb = 27.10 3 (MPa)

- Cốt thép dọc sử dụng loại CII (CB-300V) : Rs = 260 (MPa) ; Rsc = 260 (MPa)

: b 𝑑𝑝 x h 𝑑𝑝

15Trịnh Thanh Toàn – MSSV: 21520100468 – XD21/A3

2.4.1 Tính cốt dọc:

*Tại tiết diện ở nhịp:

- Xác định sơ bộ kích thước tiết diện chữ T để tính toán :

Kích thước tiết diện chữ T được xác định như sau : b = b 𝑑𝑝 ; ℎ𝑓′= h 𝑏 ; h =

Bề rộng sải cánh: 𝑏𝑓′ = 2 S 𝑐 + b 𝑑𝑝, với S 𝑐 được lấy theo điều kiện hạn chế

về độ vươn của sải cánh như sau ( Theo TCVN 5574:2018 )

Tiết diện tính toán cốt thép dầm phụ

a) Cốt thép chịu momen dương ( 1450 x 500 ):

1068.2mm2 ) Phương án 3 7∅14

(𝐴𝑐 ℎ = 1077.6mm2 )

4∅14 + 2∅12

( A ch = 842mm2)

S

3∅14 + 2∅12 (

A ch = 688mm2 )

S

vì tất cả các phương án chọn thép đều đảm bảo an toàn, nhưng Phương án 1 là phương

án bố trí thép hợp lí nhất, sử dụng ít loại thép nhất , tiết kiệm nhất và dễ dàng thi công

nhất , phương án 2 và phương án 3 sử dụng 3 loại thép gây khó thi công hơn và không tiết kiệm bằng phương án 1.

- Kiểm tra khoảnh hở giữa các thanh cốt thép khi đặt một lớp ( khoảng cách thông thủy tốithiểu khi bố trí thép lớp trên và dưới )

Kích thước dầm phụ: b 𝑑𝑝 = 250 mm, h 𝑑𝑝 = 500 mm, h 0= h - a𝑡𝑡=500 – 38.4 = 461.6 mm

- Kiểm tra khả năng chịu ứng suất nén chính của dải giữa các vết nứt nghiêng ở bụng dầm

=>Không bị phá hoại do ứng suất nén chính

- Kiểm tra khả năng chịu cắt của bê tông trong tiết diện nghiêng, theo TCVN 5574:2018 ta

150mm < b 𝑑𝑝 = 250 < 400 mm

- Tính lực trong cốt thép ngang trên một đơn vị chiều dài cấu kiện

q𝑠𝑤=4 5 𝑸 R 𝑏𝑡 𝒎𝒂𝒙𝑏 𝒉𝟐𝟎 𝟐 - 0 𝑞 75 ( thiên về an toàn nên ta lấy q=0 )

=

𝑠𝑤

q 75

.

0

𝟐

𝒉 𝑏

𝑏𝑡

√

=

2.5.1 Tính khả năng chịu cắt của tiết diện: Xác

định điểm cắt lý thuyết

Tại nhịp biên: R𝑠A𝑠=276.9 ( KN )

Tại nhịp giữa: R𝑠A𝑠=172.12 ( KN )

Ta thấy tại cả 2 nhịp : R𝑠A𝑠 < R𝑏𝑏𝑓′ ℎ𝑓′

=>TTH đi qua cánh, tính khả năng chịu cắt theo tiết diện hình chữ nhật

-Chọn chiều dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép dọc: C𝑏𝑣= 30 mm

2.5.2 Xác định đoạn kéo dài W: 𝑄×103

nghịch với nhau khi 𝑞𝑠𝑤 nhỏ nhất thì đoạn kéo dài W là lớn nhất sẽ đảm bảo an toàncho cấu kiện dầm

Bảng: Xác định đoạn kéo dài W của dầm phụ

(k)

qsw (kN)

Nhịp biên bên trái Cắt 2∅16 35.63 48,11 450 320 460

- Dầm chính là kết cấu chịu lực chính trong sàn nên cần được tính theo sơ đồ đàn hồi đểđảm bảo an toàn

chính cùng với cột tạo thành hệ khung chịu lực , nên muốn xác định nội lực trong dầmchính thì phải giải khung Đối với đồ án này sẽ sử dụng giả thuyết ban đầu là khi độ

≥ 4

- Nghĩa là “ dầm cứng , cột yếu ” ; lúc đó , momen tại nút khung trên thực tế sẽ truyềnhầu hết vào dầm chính , do đó có thể xem dầm chính làm việc như dầm liên tục , vớigác gối tựa là cột và tường

2.2 Hoạt tải tập trung

Hoạt tải tính từ dầm phụ truyền lên dầm chính:

Xác định biểu đồ mômen cho từng trường hợp đặt tải:

- Tung độ của biểu đồ mômen tại tiết diện bất kì của từng trường hợp đặt tải đượcxác định theo công thức:

𝑀𝐺=𝛼 × G × L = 623 𝛼

26

Trịnh Thanh Toàn – MSSV: 21520100468 – XD21/A3

𝑀𝑃𝑖=𝛼 × G × L = 1098 𝛼

𝛼: Hệ số tính được tại các mặt cắt tiết diện bằng phương pháp lực trong cơ học kết cấu

phụ thuộc vào sơ đồ dầm, dạng tải trọng và sơ đồ chất tải lên từng nhịp được tra trong

phụ lục 12 sách

“SÀN SƯỜN BÊ TÔNG TOÀN KHỐI” tác giả GS.TS Nguyễn Đình Cống

- Do tính chất đối xứng nên chỉ cần tính cho 2 nhịp Kết quả tính biểu đồ mômencho từng trường hợp tải được trình bày trong Bảng dưới đây:

27

Trịnh Thanh Toàn – MSSV: 21520100468 – XD21/A3

Trịnh Thanh Toàn – MSSV: 21520100468 – XD21/A3

Trong các sơ đồ d, e, f, g bảng tra không cho các trị số 𝛼 tại một số tiết diện,

ta phải tính nội suy theo phương pháp cơ học kết cấu:

29

Trịnh Thanh Toàn – MSSV: 21520100468 – XD21/A3

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

- Ta có quan hệ giữa mômen và lực cắt: “Đạo hàm của mômen chính là lực cắt”, vậy

ta có: M’ = Q = tg𝛼

- Xét 2 tiết diện a và b cách nhau 1 đoạn x, chênh lệch mômen của 2 tiết diện là

Do đó lực cắt giữa 2 tiết diện đó là: Q=∆𝑀/x

Kết quả tính toán được trình bài dưới bảng sau:

31

Trịnh Thanh Toàn – MSSV: 21520100468 – XD21/A3

Tra bảng các tham số của vật liệu ta được:

- Bê tông có cấp độ bền chịu nén B20 :

- Cốt thép dọc sử dụng loại CII (CB-300V) : Rs = 260 (MPa)

-Do dầm chính tính theo sơ đồ đàn hồi nên điều kiện: 𝛼m < 𝛼R ; ξ < ξ 𝑅

-Với bê tông B20<B60 ta có: 𝜀𝑏2 = 0.035

- 𝜀𝑠,𝑒𝑙= 𝑅𝐸 𝑠𝑠 = 1.3× 10−3

=> ξ 𝑅 = 0

𝜀

𝑠 8 ,𝑒𝑙 =0.583 => 𝛼 𝑅 = 0.413 1+ 𝜀 𝑏2

33

Trịnh Thanh Toàn – MSSV: 21520100468 – XD21/A3

=>𝜇𝑚𝑎𝑥 = ξ 𝑅𝑅𝑅𝑏𝑠100% = 2.58 %

*Tại tiết diện ở nhịp:

-Xác định sơ bộ kích thước tiết diện chữ T để tính toán :

Kích thước tiết diện chữ T được xác định như sau : b = b 𝑑𝑐=300mm ; ℎ𝑓′ =

Bề rộng sải cánh: 𝑏𝑓′ = 2 S 𝑐 + b 𝑑𝑐, với S 𝑐 được lấy theo điều kiện hạn chế

về độ vươn của sải cánh như sau ( Theo TCVN 5574:2018 )

Tiết diện tính toán cốt thép dầm chính

a) Cốt thép chịu momen dương ( 1500 x 800 ): -

=>Tính toán hợp lý

b) Cốt thép chịu momen âm:

- Tiết diện ở gối tương ứng với giá trị mômen âm (căng thớ trên), bản cánh chịu kéo,

35

Trịnh Thanh Toàn – MSSV: 21520100468 – XD21/A3

7 2405

=

1

���

Giả thiết: a 𝑔ố𝑖 = 80 mm => h 0,𝑔𝑡=h-a 𝑔ố𝑖 = 800 – 80 =720 mm

- Gối thứ 2 ( M=489.1 KNm )

𝛼𝑚 𝑹 𝒃 b 𝑑𝑐 𝒉 0,𝑔𝑡𝟐 11.5 0.3 0.72 𝟐 = 0.27 < 𝛼𝑅 = 0.413 ( Thỏa, không cần kiểm tra ξ < ξ 𝑅 )

Kết quả tính toán cốt thép được tóm tắt trong bảng bên dưới:

Kích thước dầm chính: b 𝑑𝑐 = 300 mm, h 𝑑𝑐 = 800 mm, h 0= h - a𝑡𝑡=800 – 41.4 = 758.6 mm

- Kiểm tra khả năng chịu cắt của bê tông trong tiết diện nghiêng, theo TCVN

- Tính lực trong cốt thép ngang trên một đơn vị chiều dài cấu kiện

q𝑠𝑤=4 5R 𝑸 𝑏𝑡 𝒎𝒂𝒙b 𝑑𝑐𝟐 𝒉 𝟎 𝟐 - 0 𝑞 75 ( thiên về an toàn nên ta lấy q=0 )

=

𝑠𝑤

q 75

0

𝟐

𝒉

𝑑𝑐 𝑏𝑡

√

=

Kết Luận: Bố trí cốt đai ∅8, 2 nhánh, s = 150 mm cho 2500 mm đoạn đầu gối

tựa; s = 250 mm cho những đoạn còn lại giữa nhịp

3.4.3 Tính cốt treo:

- Tại vị trí dầm phụ kê lên dầm chính, do tải trọng tập trung lớn, để tránh phá hoại cục

bộ cho dầm chính ( lực giật đứt ) , ta phải đặt thêm cốt treo gia cường

- Lực tập trung do dầm phụ truyền lên dầm chính :

=>khoảng cách giữa các cốt treo là 50 mm

- Tại tiết diện đang xét, cốt thép bố trí có diện tích 𝐴𝑠

- Xác định lại vị trí trục trung hòa cho cho tiết diện ở nhịp:

Tại nhịp biên: R𝑠A𝑠=650.52 ( KN )

Tại nhịp giữa: R𝑠A𝑠=425.92 ( KN )

Ta thấy tại cả 2 nhịp : R𝑠A𝑠 < R𝑏𝑏𝑓′ ℎ𝑓′

=>TTH đi qua cánh, tính khả năng chịu cắt theo tiết diện hình chữ nhật ( 1500 x 800 )

-Chọn chiều dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép dọc: C𝑏𝑣,𝑛ℎị𝑝= 30 mm và C𝑏𝑣,𝑔ố𝑖= 30 mm

nghịch với nhau khi 𝑞𝑠𝑤 nhỏ nhất thì đoạn kéo dài W là lớn nhất sẽ đảm bảo an toàncho cấu kiện dầm.

- Q (KN ) được lấy bằng độ dốc của biểu đồ momen

- Kết quả tính các đoạn W được tóm tắt trong bảng sau:

42

Trịnh Thanh Toàn – MSSV: 21520100468 – XD21/A3

Tiết diện Thanh thép Q

(kN)

qsw (kN/m)

Wtính (mm)

20

(mm)

Wchọn (mm)

50

Trịnh Thanh Toàn – MSSV: 21520100468 – XD21/A3

3.5.3 Kiểm tra về neo, nối cốt thép:

Neo thép

Chiều dài neo cơ sở:

𝐿0,𝑎𝑛 = 𝑅 𝑏𝑜𝑛𝑑 𝐴 𝑠 𝑅 𝑠 𝑈 𝑠

- Chiều dài neo tính toán:

Để đảm bảo an toàn khi nối thép ta chú ý:

Thép lớp dưới 2∅25 sẽ được nối tại gối 2 vì momen dương tại gối bằng 0

51

Trịnh Thanh Toàn – MSSV: 21520100468 – XD21/A3

Thép lớp trên 2∅25 sẽ được nối tại giữa nhịp biên vì momen âm tại giữa nhịp biên bằng

0

52

Trịnh Thanh Toàn – MSSV: 21520100468 – XD21/A3