THUYẾT MINH ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH BÊ TÔNG CỐT THÉP

Trọng lượng phần bê tông cốt thép của kết cấu TLBT Do mô hình khung không gian và giải nội lực bằng phần mềm ETABS 2016, trọng lượng phần bê tông cốt thép phần mêm tự tính với hệ số độ

SVTH: Lê Anh Thiên – 21520100415 NHÓM: 18

ĐỀ SỐ: N18-3 THIẾT KẾ KHUNG TRỤC 3

TP.HCM, ngày 30 tháng 11 năm 2024

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 SỐ LIỆU THIẾT KẾ 3

1.1 Tổng quan về công trình 3

1.2 Giải pháp kết cấu 3

CHƯƠNG 2 SƠ BỘ TIẾT DIỆN VÀ LẬP MẶT BẰNG KẾT CẤU 11

2.1 Vật liệu sử dụng 11

2.2 Kich thước chiều dày sàn 11

2.3 Tiết diện dầm 12

2.4 Tiết diện cột 13

2.5 Sơ bộ cấu tạo cầu thang 19

CHƯƠNG 3 XÁC ĐỊNH CÁC LOẠI TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KẾT CẤU 20

3.1 Tải trọng thường xuyên 20

3.1.1 Trọng lượng phần bê tông cốt thép của kết cấu (TLBT) 20

3.1.2 Trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo sàn 20

3.1.3 Tải tường xây 21

3.1.4 Tải trọng cầu thang 22

3.1.5 Bồn nước mái 23

3.2 Tải trọng tạm thời 23

3.2.1 Tải trọng tạm thời dài hạn Q L 23

3.2.2 Tải trọng tạm thời ngắn hạn Q t 24

3.3 Tải trọng gió 25

3.3.1 Tính toán tải gió tại tầng 2 gán vào tâm sàn tầng: 25

3.3.2 Tải trọng gió tác dụng vào mái bằng 29

CHƯƠNG 4 CÁC TRƯỜNG HỢP TẢI TRỌNG VÀ TỔ HỢP TẢI TRỌNG 31

4.1 Các trường hợp tải trọng 31

4.2 Tổ hợp tải trọng 31

CHƯƠNG 5 MÔ HÌNH KHUNG KHÔNG GIAN VÀ KẾT QUẢ NỘI LỰC 34

5.1 Mô hình khung không gian 34

5.2 Gán tải trọng vào mô hình khung không gian 36

5.2.1 Trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo sàn 36

5.2.2 Tải trọng tường xây 38

5.2.3 Tải trọng tạm thời ngắn hạn chất đầy Qt1 39

5.2.4 Tải trọng tạm thời ngắn hạn chất cách nhịp Qt2 40

5.2.3 Tải trọng tạm thời ngắn hạn chất cách nhịp Qt3 41

5.2.4 Tải trọng gió 42

5.3 Xuất kết quả nội lực 43

CHƯƠNG 6 THIẾT KẾ CỐT THÉP CỘT – DẦM KHUNG TRỤC 3 46

6.1 Tính toán cốt thép dầm 46

6.1.1 Vật liệu sử dụng 46

6.1.2 Tính toán cốt thép dọc cho dầm 46

6.1.3 Tính cốt thép đai cho dầm 54

6.1.4 Tính toán cốt treo: 58

6.1.5 Cắt thép theo biểu đồ bao momen 59

6.1.6 Neo cốt thép dầm 66

6.1.7 Nối cốt thép dầm 67

6.2 Tính toán cốt thép cột 68

6.2.1 Cốt thép dọc 69

6.2.2 Chọn cốt đai cột theo cấu tạo 75

6.2.3 Neo cốt thép của cột vào nút 75

6.2.4 Nối chồng so le thép tại vị trí mặt sàn 76

CHƯƠNG 7 THIẾT KẾ CỐT THÉP SÀN TẦNG 3 77

7.1 Tính toán cốt thép cho sàn tầng 3 77

CHƯƠNG 8 KIỂM TRA CÁC ĐIỀU KIỆN SỬ DỤNG 79

7.1 Kiểm tra chuyển vị đỉnh 79

7.2 Kiểm tra chuyển vị lệch tầng 80

7.1 Kiểm tra võng dầm sàn 81

TÀI LIỆU THAM KHẢO 82

CHƯƠNG 1

SỐ LIỆU THIẾT KẾ 1.1 Tổng quan về công trình

Công trình nhà ở dân dụng 6 tầng, được xây dựng tại Thành phố Hồ Chí Minh, có mặt bằng và mặt cắt kiến trúc như các Hình 1.1; 1.2; 1.2; 1.4; 1.5; 1.6; 1.7

Với số liệu kích thước như sau:

Khung trục

Yêu cầu: Thiết kế kết cấu khung nhà trục 3

1.2 Giải pháp kết cấu

Chọn giải pháp kết cấu là hệ khung bê tông cốt thép toàn khối Hệ kết cấu này có

ưu điểm là cấu tạo đơn giản, độ cứng lớn, thuận tiện cho việc lựa chọn phương tiện thi công và sử được vật liệu địa phương

Kết cấu sàn sườn toàn khối được sử dụng cho tất cả các tầng vì tính toán và thi công đơn giản, phù hợp với không gian kiến trúc

Đối với công trình này, có chiều rộng B 10,6 m= và chiều dài L 15,8 m= Tỷ lệ L/B 1,49= do đó lựa chọn sơ đồ tính là khung không gian

8 a

± 0.000

+4.200 +7.500 +10.800 +14.100

+17.400 +20.100

Hình 1.1 Mặt đứng chính của công trình

Hình 1.2 Mặt cắt A-A

Hình 1.3 Mặt bằng tầng 1

Hình 1.4 Mặt bằng tầng 2

Hình 1.5 Mặt bằng các tầng 3,4,5

Hình 1.6 Mặt bằng tầng 6

Hình 1.7 Mặt bằng tầng mái

2.2 Kich thước chiều dày sàn

Sơ bộ cho ô sàn có kích thước lớn nhất là ô sàn giao giữa trục 1,2 và trục B,C

1 2

14,5 m 5,4 m =>L 1,2

2.3 Tiết diện dầm

Tiết diện dầm khung được sơ bộ theo công thức:

- Chiều cao dầm khung h:

Kết quả sơ bộ tiết diện được trình bày trong Bảng 2.1 và Bảng 2.2

Bảng 2.1 Bảng chọn sơ bộ tiết diện dầm chính

BẢNG CHỌN SƠ BỘ TIẾT DIỆN DẦM CHÍNH

Trục Nhịp L

(mm)

h (mm) b (mm) Chọn tiết

diện 1/10L 1/14L 1/2h 1/4h

Bảng 2.2 Bảng chọn sơ bộ tiết diện dầm phụ

BẢNG CHỌN SƠ BỘ TIẾT DIỆN DẦM PHỤ

2.4 Tiết diện cột

Diện tích tiết diện cột được sơ bộ theo công thức:

c b

kN A R

=Với N=q S n

Trong đó: k là hệ số kể đến ảnh hưởng momen trong cột

S là diện tích sàn truyền tải lên cột khung

n là số tầng của công trình

q là giá trị tải trọng đứng sơ bộ trên một m2 sàn

Đối với công trình này thuộc loại nhà dân dụng, tường là vách gạch, tải trọng nhẹ, ta

10 kN/m

Bê tông B25 có R b =14,5 MPa

Cột giữa chọn cột giao giữa trục 3-B để tính toán 5,5 3, 4 5,2 5, 4 2

Cột tầng 1 6

n=

Cột tầng 5 2

n=

Cột tầng 1 6

n=

Cột tầng 5 2

n=

Cột tầng 1 6

n=

Cột tầng 5 2

n= Cột

giữa 23,6 10 1,1 1416 472 1354 451 300 350 200 300  Cột

biên 13,5 10 1,2 810 270 845 282 200 400 200 300  Cột

góc 10,4 10 1,3 624 208 705 235 200 400 200 300 Đối với cột thang máy chọn tiết diện 200 200

Sau khi chọn sơ bộ tiết diện, ta lập mặt bằng kết cấu các tầng, được thể hiện bằng các hình 2.1; 2.2; 2.3; 2.4; 2.5

C-(200X300) COTE=+14.100

C-(200X300) COTE=+17.400

C-(200X300) DTM-(200X300)

2.5 Sơ bộ cấu tạo cầu thang

Cầu thang 3 vế gấp khúc hình vuông chữ U dạng bảng chịu lực

Hình 2.6 Mặt bằng và mặt cắt cầu thang ba vế

Vị trí cấu thang bộ nằm giữa trục 3, 3’ và A, A’, có kích thước 3400 2900 mm

Sơ bộ chiều dày bảng thang:

Chiều cao tầng điểm hình: HtÇng =3,3 m

Chiều cao và bề rộng của các vế thang:

Vế thang 1,3: Chiều cao 1,4 m và rộng 1,1 m

Vế thang 2: chiều cao 0,5 m và rộng 1,1 m

Số bậc là 21 bậc với kích thước bậc thang:

b b

h l

21 19 17 15 11

13

CHƯƠNG 3

XÁC ĐỊNH CÁC LOẠI TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KẾT CẤU

3.1 Tải trọng thường xuyên

 là hệ số tin cậy của tải trọng thường xuyên (theo bảng 1, TCVN 2737:2023)

3.1.1 Trọng lượng phần bê tông cốt thép của kết cấu (TLBT)

Do mô hình khung không gian và giải nội lực bằng phần mềm ETABS 2016, trọng lượng phần bê tông cốt thép phần mêm tự tính với hệ số độ tin cậy lấy f =1,1

3.1.2 Trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo sàn

Hệ số tin cậy

k G

Tải trọng tính toán

2 (kN/m )

Đối với ụ sàn vệ sinh, ban cụng, sàn mỏi ngoài cú sử dụng trọng lượng cỏc lớp cấu tạo trờn cộng thờm trọng lượng lớp chống thấm (vữa, hồ dầu, sika hay flinkote…) Trọng lượng lớp chống thấm:

30,1 kN/m

k

Bảng tớnh giỏ trị tải trọng thường xuyờn tỏc dụng lờn sàn nhà vệ sinh, ban cụng, sàn mỏi ngoài cú sử dụng:

Bảng 3.2 Bảng tớnh giỏ trị tải trọng thường xuyờn tỏc dụng lờn sàn nhà vệ sinh, ban

cụng, sàn mỏi ngoài cú sử dụng

Cỏc lớp

cấu tạo sàn

Chiều dày sàn (m)

Hệ số tin cậy

k G

Tải trọng tớnh toỏn

2 (kN/m )

Hệ số tin cậy

k G

Tải trọng tớnh toỏn

2 (kN/m )

3.1.3 Tải tường xõy

Trọng lượng tường xõy được tớnh theo cụng thức:

khối xây tường

3 khèi x©y 18 kN/m

3.1.4 Tải trọng cầu thang

Xét trường hợp nguy hiểm nhất là cầu thang luôn chất đầy tải

Ở đây ta chỉ xét tải trọng lớp hoàn thiện, vì tải trọng đan bê tông cốt thép phần mềm đã tính

Xét dải thang rộng 1,1 m

- Tải trọng tác dụng lên bản thang (không kể tải trọng bản sàn):

Hình 3.2 Các lớp cấu tạo vế thang nghiêng

Bảng 3.5 Bảng tính giá trị tải trọng tác dụng lên bản thang

Các lớp vật liệu Bề dày

(mm)

Trọng lượng riêng (kN/m3)

Hệ số vượt tải

Giá trị tải trọng tiêu chuẩn (kN/m2)

Giá trị tải trọng tính toán (kN/m2)

Theo TCVN 2737:2023, các tải trọng sau đây được xếp vào loại tải trọng tạm thời dài hạn Q L:

- Trọng lượng của các tường (vách) ngăn tạm thời, BT lót hoặc vữa lót đệm dưới thiết bị

- Trọng lượng của thiết bị cố định

- Áp lực (hơi, chất lỏng, vật liệu rời) trong kết cấu chứa và đường ống

- Tải trọng tác dụng lên sàn tầng do vật liệu chất kho và giá (kệ) trong kho

 Do công trình là nhà dân dụng không có các tải trọng trên, do đó không xét đến tải trọng tạm thời dài hạn Q L

- Tải trọng do thiết bị nâng Tải trọng do phương tiện giao thông

- Tải trọng khí hậu (tải trọng gió, nhiệt )

Giá trị tính toán của tải trọng tạm thời ngắn hạn phân bố đều:

,

q : Giá trị tiêu chuẩn của tải trọng tạm thời ngắn hạn phân bố đều (lấy theo bảng

4, trang 19, tài liệu [1])

Các giá trị tiêu chuẩn và giá trị tính toán của tải trọng tạm thời ngắn hạn Q t đối với từng khu vực được trình bày trong bảng 3.7

Bảng 3.7 Bảng tính giá trị tải trọng tạm thời ngắn hạn phân bố đều Q t

hành lang, cầu thang bộ

thông với khu vực A1

H: Mái không sử dụng, chỉ

W : Tải trọng gió tiêu chuẩn

Tải trọng gió tiêu chuẩn W k tại độ cao tương đương z e được xác định theo công thức:

cao tương đương Z e

Trong đó: B là diện tích đón gió

Công trình 6 tầng, có thông số mặt bằng như sau:

Chiều cao công trình tính từ mặt đất là: 20,1 m

Z : Xác định theo mục 10.2.4 tài liệu [1]

Công trình thuộc dạng địa hình C, tra bảng 8 trang 30 tài liệu [1], xác định được :

min365,75 m ; 9,14 m ; 7,0

g

Xét tại tầng 2 có chiều cao công trình là 20,1 m, chiều cao z = 4,2 m

+Tính k z( )e theo phương X: h = 20,1 m, b = 15,8 m nhận thấy b   h 2 b vậy rơi vào trường hợp 2, tiếp tục xét 2 bất đẳng thức tiếp theo 0 =z 4,2 m =b 15,8 mvậy chọn Z e = =b 15,8 m

Thế vào công thức tính k z( )e theo phương X:

+Tính k z( )e theo phương Y: h = 20,1 m, b = 10,6 m nhận thấy b   h 2 b vậy rơi vào trường hợp 2, tiếp tục xét 2 bất đẳng thức tiếp theo 0 =z 4,2 m =b 10,6 mvậy chọn Z e = =b 10,6 m

Thế vào công thức tính k z( )e theo phương Y:

Hệ số khí động c được xác định dựa vào phụ lục F4, tài liệu [1]

Công trình đang tính toán có h=20,1 m và d=10,6 m

Tra bảng F4, tài liệu [1], xác định được: c dÈy = +0,8 vµ chót = −0,5

Khi gán tải vào tâm sàn tầng: c=0,8 0,5 1,3+ =

Tầng 2 có chiều cao tầng dưới là 4,2 m và chiều cao tầng trên là 3,3 m

Diện tích đón gió theo phương X: có bề rộng đón gió b Y =15,8 m

24,2 3,3

15,8 59,25 m2

10,6 39,75 m2

Y

3.3.1.6 Giá trị gió gán vào tâm sàn tầng 2

Theo phương X:

3 ,10 2,1 ( ) 2,1 0,8094 0,819 1,3 0,85 59,25 91,14 kN

Theo phương Y:

3 ,10 2,1 ( ) 2,1 0,8094 0,731 1,3 0,85 39,75 54, 58 kN

Tính tương tự cho các tầng còn lại, kết quả tính được trình bày trong bảng 3.8 và 3.9

Bảng 3.8 Bảng tính giá trị tải trọng gió tính toán gán vào tâm sàn theo phương X

Gió W X

(kN) Tầng Mái 20,1 20,1 0,877

Gió W Y

(kN) Tầng Mái 20,1 20,10 0,877

3.3.2 Tải trọng gió tác dụng vào mái bằng

Tính tải gió tác dụng vào mái bằng theo phương X:

e = min(b, 2h) = min (15,8; 40,2) = 15,8 m

Tính tải gió tác dụng vào mái bằng theo phương Y:

e = min(b, 2h) = min (10,6; 40,2) = 10,6 m

Tính gió tại các vùng theo công thức sau:

3 ,10 2,1 ( )

c : Tra bảng dựa vào phụ lục F2 tài liệu [1]

Bảng 3.11 Giá trị tính toán tải gió tác dụng vào mái bằng

Theo TCVN 2737 – 2023, tổ hợp tải trọng gồm có tổ hợp cơ bản và tổ hợp đặc biệt:

- Tổ hợp cơ bản gồm các tải trọng thường xuyên, tải trọng tạm thời dài hạn, tải trọng tạm thời ngắn hạn

- Các tổ hợp đặc biệt của tải trọng , bao gồm các tải trọng thường xuyên, tải trọng tạm thời dài hạn, tạm thời ngắn hạn và một trong các tải trọng đặc biệt

- Trong phạm vi đồ án môn học chỉ cần tính toán với tổ hợp nội lực cơ bản (vì không

có tải trọng đặc biệt)

Tổ hợp tải trọng cơ bản khi tính theo TTGH I:

hậu quả C2, lấy n =1

(Công trình đang thiết kế không có tải trọng tạm thời dài hạn Q L)

Bảng 4.2 Các tổ hợp tải trọng cơ bản khi tính theo TTGH I

Tổ hợp Cấu trúc tổ hợp cho nhà cấp C2 theo TTGH 1

q : Giá trị tiêu chuẩn giảm của tải trọng tạm thời ngắn hạn phân bố đều

Bảng 4.2 Các tổ hợp tải trọng cơ bản khi tính theo TTGH 2

Tổ hợp Cấu trúc tổ hợp khi tính theo TTGH 2, hệ số n = 1

CHƯƠNG 5

MÔ HÌNH KHUNG KHÔNG GIAN VÀ KẾT QUẢ NỘI LỰC

5.1 Mô hình khung không gian

Dựa vào bản vẽ kiến trúc, các mặt bằng kết cấu đã lập từ Chương 2 và tải trọng đã xác định từ Chương 3, ta mô hình công trình bằng phần mềm ETABS 2016 Sau đó xuất kết quả nội lực từ phần mềm để tính toán và bố trí cốt thép

Hình 5.1 Mô hình công trình bằng phần mềm ETABS 2016