Luận văn tốt nghiệp ngành Kỹ thuật công trình xây dựng

Tính toán và bố trí cốt thép cho dầm khung ngang.. Kích thước hình học : a – khoảng cách từ trọng tâm đến cốt thép chịu kéo mm ao – chiều dày lớp bê tông bảo vệ mm As- diện tích cốt thép

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆPLỜI CẢM ƠN

Để bước đầu làm quen với công việc của một kỹ sư xây dựng là thiết kế và tổ chứ việcthi công cho công trình Sinh viên khoa Xây Dựng trường Cao đẳng Giao Thông Vận Tải 3 được nhận nhận đề tài thực hiện Khóa luận tốt nghiệp Hoàn thành Khóa luận tốtnghiệp là đánh dấu sự kết thúc một quá trình học tập, nghiên cứu, phấn đấu của sinh viên Qua việc hoàn thành Khóa luận tốt nghiệp đã giúp em nâng cao kỹ năng tự nghiên cứu, tra cứu tài liệu, vận dụng những kiến thức đã học, từng bước hoàn thiện kỹnăng trình bày thuyết minh và tính toán của mình

Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Trường Thanh - hướng dẫn kết cấu và thầy Hoàng Thế Hanh - hướng dẫn thi công đã giúp đỡ em hoàn thành Khóa luận tốt nghiệpnày Xin cảm ơn các bạn cùng học đã đóng góp ý kiến, suy nghĩ giúp mình hoàn thành tốt Khóa luận này Con xin cảm ơn gia đình đã ủng hộ tạo điều kiện tốt nhất cho con hoàn thành chương trình học của trường !

Do vẫn còn chưa có nhiều kinh nghiệm trong việc thực hiện Khóa luận tốt nghiệp, nên trong quá trình hoàn thành Khóa luận không tránh khỏi những sai sót Mong được nhận những ý kiến đóng góp, chỉ bảo từ thầy cô để giúp em ngày càng hoàn thiện hơn

Tp Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 6 năm 2013

Sinh viên thực hiện

Võ Hoàng Huy

2 SƠ BỘ KÍCH THƯỚC TIẾT DIỆN.

4 THIẾT KẾ KHUNG NGANG NHÀ.

23

4.4 Tính toán và bố trí cốt thép cho dầm khung ngang 44 4.5 Tính toán và bố trí cốt thép cho cột khung 51 PHẦN 2 : THI CÔNG

1 GIỚI THIỆU CÔNG TRÌNH.

64

2 KỸ THUẬT THI CÔNG.

65

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 2.1.1 Chuẩn bị mặt bằng và giác móng công trình 65

2.2.3 Tính toán khối lượng kết cấu công trình 83

Danh mục ký hiệu sử dụng

1 Kích thước hình học :

a – khoảng cách từ trọng tâm đến cốt thép chịu kéo mm

ao – chiều dày lớp bê tông bảo vệ mm

As- diện tích cốt thép chịu kéo mm2

Asc – diện tích cốt thép chịu nén mm2

bf - chiều rộng bản cánh tiết diện chữ T mm

đến mép bê tông chịu kéo

hf - chiều dày bản cánh tiết diện chữ T mm

ho - chiều cao có ích của tiết diện mm

L1- chiều dài cạnh ngắn của ô bản m, mm

L2 - chiều dài cạnh dài của ô bản m, mm

Lo – nhịp tính toán của nhịp giữa m,mm

Sf – độ vươn bản cánh tiết diện chữ T mm

t – khoảng cách thông thủy giữa hai thanh thép mm

2 Tải trọng, ngoại lực và nội lực :

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

f

 - hệ số tin cậy về tải trọng

[M]- khả năng chịu lực của tiết diện kNm

gs – tĩnh tải tính toán phân bố kN/m, kN/m2

ps – hoạt tải tính toán phân bố kN/m, kN/m2

qsw – khả năng chịu cắt của cốt đai kN/m

Qswb – khả năng chịu cắt của cốt đai và bê tông kN

3 Đặc trưng vật liệu :

Es – mô đun đàn hồi của cốt thép MPa

Rb – cường độ chịu nén tính toán của bê tông MPa

Rbt – cường độ chịu kéo tính toán của bê tông MPa

Rs – cường độ chịu kéo tính toán của cốt thép dọc MPa

Rsc – cường độ chịu nén tính toán của cốt thép dọc MPa

Rsw – cường độ chịu kéo tính toán của cốt thép ngang MPa

γbt – trọng lượng riêng của bê tông kN/m3

μmax – hàm lượng cốt thép tối đa

μmin – hàm lượng cốt thép tối thiểu

n – số nhánh cốt đai

PHẦN 1 : KẾT CẤU

1 QUAN ĐIỂM TÍNH TOÁN :

Công trình sử dụng khung chịu lực là chính, sàn trực tiếp nhận tải trọng, thôngqua hệ dầm truyền tải trọng xuống cột, sau đó truyền xuống móng qua hệ cột Nên tachọn phương án dùng sàn Bê tông cốt thép đổ toàn khối là giải pháp thích hợp vì sàn

có khả năng chịu tải trọng lớn và làm tăng độ cứng , độ ổn định cho toàn công trình

Để đơn giản quá trình tính toán đối với các ô sàn ta xét tỷ số 2

Trong đó: L1: kích thước cạnh ngắn của ô sàn

L2 : kích thước cạnh dài của ô sàn

Do các ô sàn đều có liên kết xung quanh là dầm, xét tỷ số : d

s

h h

2 SƠ BỘ KÍCH THƯỚC TIẾT DIỆN :

4.1 Số liệu tính toán:

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Bê tông : sử dụng bê tông có cấp độ bền chịu nén B20 có :

S8 S7

4500 6000

21000

A

B B' C

S13 S14

L1 : chiều dài cạnh ngắn của ô sàn

D = 1 : tải trọng tiêu chuẩn trên sàn loại trung bình

m = 40  50 (với loại bản kê)

Sơ bộ kích thước tiết diện dầm dọc trục A, B , C các tầng:

Có thể chọn chiều cao dầm xác định sơ bộ theo công thức: d 2

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

h

Vậy liên kết giữa sàn và dầm là liên kết ngàm

Sơ bộ kích thước tiết diện dầm trục 1’và A’ tầng 1:

Có thể chọn chiều cao dầm xác định sơ bộ theo công thức: d 2

4 2

b   h

  Chiều cao dầm:

+ Tĩnh tải phân bố đều lên các ô sàn do trọng lượng bản thân của sàn

+ Hoạt tải phân bố đều lên các ô sàn ( phụ thuộc vào chức năng sử dụng của ô sàn)

3.1.1 Tĩnh tải:

Trọng lượng bản thân sàn: tùy theo yêu cầu sử dụng, các khu vực có chức năng khác nhau sẽ có cấu tạo sàn khác nhau, do đó tĩnh tải sàn tại các khu vưc đó cũng có giá trị khác nhau Ở đồ án này ta xét sàn có cấu tạo giống nhau ở mọi vị trí Cấu tạo các ô sàn sau:

Lớp gạch ceramic 300x300x10Lớp vữa lót B7.5 , dày 30mmLớp BTCT B25 , dày 140mmVữa trát trần B7.5 , dày 15mm

Hình 1.2: Cấu tạo các lớp bản sàn Các lớp vật liệu γ i (kN/m 3 ) g s tc (kN/m 2 ) n g s (kN/m 2 )

Tổng tải trọng bản thân kết cấu sàn 5.143

Vậy tĩnh tải tác dụng lên ô sàn là : gs = 5.143 (kN/m2)

Bảng 1.1: Chọn chiều dày bản sàn 3.1.2 Hoạt tải:

Dự vào công năng của các ô sàn, ta có hoạt tải tiêu chuẩn pc của các ô sàn theo tiêu chuẩn Giá trị hoạt tải được chọn dựa theo chức năng sử dụng của các ô sàn Hệ

số độ tin cậy n đối với tải trọng phân bố đều được xác định theo điều 4.3.3 TCVN

2737 – 1995 Ở đồ án này ta sử dụng số liệu sau cho các ô sàn :

Pc = 400 daN/m2 = 4.0 kN/m2

np = 1.2

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Hoạt tải tính toán tác dụng lên sàn :

Gọi M1, M2 là momen dương lớn nhất ở giữa nhịp của ô sàn theo 2 phương L 1 và

L 2 Gọi MI, MII là momen âm lớn nhất tại gối của ô sàn theo 2 phương L 1 và L 2

 Sơ đồ tính toán sàn loại bản kê bốn cạnh:

Tính toán ô sàn đơn theo sơ đồ đàn hồi: tùy theo điều kiện liên kết của bản với các dầm bê tông cốt thép là tựa tự do hay ngàm xung quanh mà chọn sơ đồ tính sàn cho thích hợp Ở đây các ô sàn có liên kết với dầm là ngàm Nên nội lực trong ô sàn tính theo sơ đồ 9

Cắt ô sàn theo mỗi phương L 1 và L 2 1 dải với bê rộng b = 1m, giải với tải của sànphân bố đều, tìm momen tại nhịp và gối của sàn

Hình 1.3 : Sơ đồ tính bản sàn làm việc hai phương

Với :

1 2

s

P G  L L

m91, m92, k91, k92 : là các hệ số tra trong bảng 1-19 ( Sổ tay thực hành Kết Cấu

Công Trình- Vũ Mạnh Hùng) phục thuộc vào tỷ số 2

1

L L

 Tính toán nội lực sàn loại bản kê bốn cạnh:

Bảng xác định nội lực các ô sàn bản kê bốn cạnh làm việc 2 phương :

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Ô

L L

G s

(kN/m 2 ) m 91 m 92 k 91 k 92

P (kN)

0.0461

0.0349

262.50

5.25

3.94

0.0433

0.0399

238.63

4.41

4.13

0.0473

0.0303

286.36

5.93

3.81

0.0447

0.0376

328.12

6.33

5.35

14.67

12.34

5

0.0138

0.0470

0.0316

246.09

5.04

3.40

0.0450

0.0372

273.43

5.30

4.40

12.30

10.17

9

0.0179

0.0417

0.0417

300.78

5.38

5.38

12.54

12.54

1

0.0072

0.0433

0.015

9 23.86

0.48

0.1

7 1.03 0.38

Bảng 1.2 : Nội lực trong ô sàn làn việc 2 phương

3.2.2 Sàn loại bản dầm

Gọi M1, MI lần lượt là các momen ở nhịp và ở gối của bản sàn

 Sơ đồ tính toán sàn loại bản dầm:

Sàn loại bản dầm tải trọng chỉ truyền theo phương cạnh ngắn L 1 , do đó khi tính

toán ta tưởng tượng cắt 1 dải dầm có chiều rộng b =1m theo phương cạnh ngắn L 1 đểxác định nội lực trong sàn và tính toán cốt thép chịu lực đặt theo phương cạnh ngắn

12

s I

G L

M  

 Tính toán nội lực sàn loại bản dầm làm việc 1 phương:

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Ô sàn L 1 (m

)

L 2 (m ) G s (kN/m

2 )

Giá trị momen (kN.m)

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Ô sàn Momen (kN.m) h0

ct s

(mm) m

ct s

A (mm2

d(mm)

@(mm)

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

G L

M   kN m Chọn a = 20mm → h0 = 140 – 20 = 120 (mm)

Tính m :

1 2 0

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Ô sàn Momen (kN.m) h0

ct s

A

(mm2)

Chọn thép

(%)

A (mm2)

Chọn thép

 (%)d

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

4 THIẾT KẾ KHUNG NGANG NHÀ

4.1 Kích thước dầm khung ngang:

Ta xem dầm khung trục 2 là dầm đơn giản nhiều nhịp, khi sơ bộ tiết diện dầm tachọn khoảng cách nhịp lớn nhất trong dầm Lmax =5,5m

Chiều cao dầm:

max d

Vậy liên kết giữa sàn và dầm là liên kết ngàm

4.2 Sơ bộ kích thước cột khung ngang:

Xét vị trí trục B là khung ngang ở vị trí nguy hiểm nhất :

Tường xây trên các dầm có chiều dày là 100mm

Chiều cao tầng: Ht = 3,4m , gồm có 7 tầng và 1 tầng mái

Công trình sử dụng bêtông cấp độ bền chịu nén B20 có: Rb = 11,5 Mpa

Trọng lượng bản thân dầm dọc trục và dầm khung ngang :

420,08 1,3

52763,67( )0,9 11,5 10

1129, 47 1,3

141865,8( )0,9 11,5 10

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

2 3

1612,53 1,3

202540( )0,9 11,5 10

624,06 1,3

78384,35( )0,9 11,5 10

1661,82 1,3

208731,02( )0,9 11,5 10

n n n n

N N g L g  L g H

5,0 5,5 2 4,8 5,0 5,5 2 4,8 268,83 7 1,705 7 4,089 6 1,1 1,155 3,4 25

2369,08 1,3

297565,6( )0,9 11,5 10

311, 67 1,3

39146,96( )0,9 11,5 10

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

846,66 1,3

106343,77( )0,9 11,5 10

1212,05 1,3

152238,16( )0,9 11,5 10

Bảng 1.18 : Tiết diện sơ bộ của cột khung ngang trục 2.

4.3 Tải trọng tác dụng lên khung ngang :

Xét khung ngang trục 2:

 Tĩnh tải:

Tĩnh tải phân bố do:

Trọng lượng bản thân dầm khung truyền :

   

0,7 1,1 0, 7 1,1 0,1 3, 4 0, 45 18 4,089( / )

g    b h  h         kN m

Trọng lượng bản thân sàn truyền:

Nhịp B-C ở phía trục 1-2 và 2-3 đều có giá trị tải trọng bằng nhau, sơ dồ truyềndạng tam giác, có giá trị sau:

Hình 1.5 : Diện truyền tải của sàn vào nhịp B-C

Hình 1.6 : Diện truyền tải của sàn vào nhịp A-B phương 1-2:

+ Phía trục 2-3 sơ đồ truyền dạng hình thang có giá trị:

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

gs  L1/2

5500L1/2=2500

Hình 1.7 : Diện truyền tải của sàn vào nhịp A-B phương 2-3 :

Tĩnh tải tập trung do:

Trọng lượng bản thân dầm dọc truyền:

Hoạt tải phân bố do:

Hoạt tải phân bố do sàn truyền vào khung trục có diện truyền tải giống tĩnh tải

L

P p     kN m

Hoạt tải tập trung do:

Hoạt tải tập trung do sàn truyền vào nútkhung trục có diện truyền tải giống tĩnhtải truyền vào nút khung, có giá trị:

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

 Momen tác dụng vào khung trục:

Do cột thay đổi tiết diện ngang theo chiều cao từ trên xuống nên xuất hiệnmomen tại vị trí thay đổi tiết diện ngang ở cột biên Momen phụ thuộc vào đô lệchtâm e của cột, và được xác định theo công thức :

Bảng 1.21: Momen lệch tâm do hoạt tải gây ra.

Tiến hành gán tải trọng vào khung và dùng chương trình SAP2000 để tính toán nội lực :

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Hình 1.8 : Sơ đồ tĩnh tải (TT)

Hình 1.9 : Sơ đồ hoạt tải 1 (HT1)

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Hình 1.10: Sơ đồ hoạt tải 2 (HT2)

Hình 1.11: Sơ đồ hoạt tải 3 (HT3)

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Hình 1.12 :Sơ đồ hoạt tải 4 (HT4)

Hình 1.13 :Sơ đồ gió trái (GT)

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Hinh 1.14 :Sơ đồ gió phải (GP)

Dựa vào các trường hợp chất tải ta tổ hợp các trường hợp nội lực có thể xuất hiện trong khung ngang, tiến hành tìm tổ hợp nội lực gây nguy hiểm nhất trong khung ngang Ta có bảng tổ hợp trường hợp đặt lực sau:

Bảng 1.22 : Các tổ hợp nội lực trong khung ngang.

Sau khi chạy chương trình ta có được các kết quả nội lực trong khung ngang trục 2 :

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Hình 1.15 :Biểu đồ bao lực dọc.

Hình 1.16: Biểu đồ bao lực cắt.

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Hình 1.17 :Biểu đồ bao Momen.

4.4 Tính toán và bố trí cốt thép cho dầm khung ngang :

Bê tông có cấp độ bền B20: R b = 11.5MPa

Cốt thép loại CII có cường độ chịu kéo, cường độ chịu nén:

R s = R sc = 280MPa

Chọn a = 50mm → h 0 = hd – a = 450 – 50 = 400mm

Vì dầm và sàn đổ toàn khối với nhau nên tiết diện tính toán của dầm có tiết diệnchữ T, với bản cánh là phần sàn được giới hạn để đảm bảo bản cánh cùng tham giachịu lực cùng với dầm Dầm có tiết diện sau :

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

bf = 2 × 840+250 =1930mm

4.4.1 Vị trí tiết diện dầm ở gối tựa:

Ở vị trí này, bản cánh nằm trong vùng chịu kéo, nên tiết diện tính là hình chữnhật kích thước hd×bd = 450×200mm

Tính m :

2 0

g m

   

 

Hàm lượng cốt thép  :

min 0

(mm2)

Chọn thép

(%)

d(mm)

4

7

0.379

1399.8 318+222 1523.7 1.524

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 4.4.2 Vị trí tiết diện dầm ở giữa nhịp:

Ở vị trí này, bản cánh nằm trong vùng chịu nén, nên ta phải xét đến vị trí trụctrung hòa (TTH) Giả thiết TTH đi qua vị trí tiếp giáp giữa bản bụng và cánh, xét Mf

0

3

2

1400,9 11,5 1930 140 400 10 922868,1( )

n m

Tầng Vị trí nhịp

M(kN.m)

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 4.4.3 Tính toán cốt đai cho dầm dọc trục:

Bê tông B20: Rb = 225MPa ; Rbt = 0,9MPa ; b = 0,9

Thép CII : Rs = Rsc = 280MPa ; Rsw = 225MPa

Chọn dsw = 6mm ; n = 2

Lực cắt lớn nhất tại các gối trên dầm: Qmax = 107,71kN

Bước cốt đai tính toán Stt :

Rbt : cường độ chịu kéo tính toán của bê tông ( MPa)

b: bê rộng của cấu kiện (mm)

h0 : chiều cao làm việc của cấu kiện ( mm)

Qmax : lực cắt lớn nhất tại vị trí xét trên cấu kiện

2 2

2 3

m

Bước cốt đai cấu tạo Sct :

Chiều cao dầm hd=450mm ≤ 450mm nên



450225

Bước cốt đai bố trí S :

S = Min( Sct ; Smax ; Stt ) = Min( 150 ; 451,2 ; 285 ) = 150mm

Kiểm tra điều kiện bền:

Rb : cường độ chịu nén của bê tông (MPa)

Es: môđun đàn hồi của cốt thép ( Es×104 MPa)

Eb: môđun đàn hồi ban đầu của bê tông (Eb×103 MPa)

β = 0.01: hệ số lấy đối với bê tông nặng

Asw: diện tích cốt thép đai đặt trong mặt phẳng vuông góc với trục dọc cấu kiện

và cắt qua tiết diện nghiêng

2 4

62

21 10 40,3 1 5 1 0,01 11,5 0,9 0,9 11,5 250 400

Q max 107,71kN296727,8N 296, 73kN ( thỏa điều kiện bền)

Vậy thỏa điều kiện bền, ta chọn:

+ Bước cốt đai tại gối S = 150mm, khoảng cách phân bố : 0 → L/4 và 3L/4 → L+ Bước cốt đai tại nhịp ta chọn theo cấu tạo

4.5 Tính toán và bố trí cốt thép cho cột khung :

Bê tông có cấp độ bền B20: Rb = 11.5MPa

Cốt thép loại CIII có cường độ chịu kéo, cường độ chịu nén:

Rs = Rsc = 365Mpa

Chọn a = a’ = 40mm , h0 = hc – a (mm)

4.5.1 Cột chịu nén đúng tâm :

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Xét tại vị trí cột B-2 là cột chịu nén đúng tâm, để đơn giản trong tính toán tachọn phương pháp đặt cốt thép đối xứng cho cột : Asc = A’sc (mm2)

Chiều dài cột mỗi tầng H = 3,4m

Chiều dài tính toán của mỗi tầng, do công trình dùng sàn bê tông đổ toàn khốinên :

Với : + N : lực dọc tính toán trong cột ( kN)

+ Ab : diện tích bê tông chịu nén (mm2)

+ Asc : diện tích cốt thép chịu nén (mm2)

+ Rb , Rsc : cường độ chịu nén tính toán của bê tông và cốt thép (Mpa)

+  : hệ số uốn dọc phụ thuộc độ mảnh của cột ( ≤ 1)

Kiểm tra độ mảnh của cột :

r = 0,288bc :bán kính quán tính của tiết diện hình chữ nhật (m)

với r < 28 thì ta bỏ qua hiện tượng uốn dọc, lấy  = 1

Diện tích cốt thép chịu nén cần thiết của cột :

hc

(mm)

ct sc

d(mm)

Asc

(mm2)

6 422 1520.4 0.013Tầng 3 1431.9 300 400 520.27 220 628.4 0.005Tầng 4 1075.4 300 400 -456.44 216 402.2 0.003Tầng 5 719.26 300 300 -581.48 216 402.2 0.004

1521.64

-216 402.2 0.004

Bảng 1.25 : Bố trí cốt thép cho cột chịu nén đúng tâm B-2.

4.5.2 Cột chịu nén lệch tâm :

Vị trí 2 cột biên A-2 và C-2 là cột chịu nén lệch tâm

Kiểm tra độ mảnh theo cạnh h ( của cấu kiện chịu nén lệch tâm) :

0 2,38 2,38

7,93 80,3

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

l

R h

Ml , Nl : momen, lực dọc do tải trọng dài hạn gây ra

M , N : momen, lực dọc do tổng tải trọng gây ra

y = h/2

2 '

c

N N

e h

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

0

(%)

e0

(mm)

b(mm)

h(mm)

Ncr

(kN)



e(mm)

x1

(mm)

Actsc(mm2)

Asc(mm)

5.752E+08 1 187.1 191.3 3109.56

78.08 1601.

4.747E+08 1 158.7 209.1 3163.5879.65 1338.

4.745E+08 1 169.5 200.7 2822.22tầng

3.535E+08 1 163.3 205.3 1795.1743.89 1137

82

E+08

1 148.6 219.5 2103.10

43.46 862.0

2.939E+08 1 160.4 207.6 1720.4137.99 856.1

2.939E+08 1 154.4 213.3 1644.30

tầng

4

34.72 758.5

91.55

2.342E+08 1 154.8 212.9 1294.82

3.641E+07 1 103.7 121.2 524.50tầng

254.66

1.837E+07 1 167.3 108.5 325.24