THỰC HÀNH THIẾT KẾ KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP

THUYẾT MINH THỰC HÀNH TÍNH KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP Cơ sở tính toán: Quy chuẩn xây dựng Việt Nam. TCVN 2737-1995: Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế. TCVN 5574-2012: Kết cấu bêtông và bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế. Các tiêu chuẩn quy phạm hiện hành có liên quan. Quy trình tính toán thiết kế được thực hiện theo 7 bước sau:

Nhiệm vụ:Thiết kế khung ngang trục 3 của công trình Trụ Sở Làm Việt Chi Cục

Thủy Sản Tỉnh Đăk Lăk

Địa điểm xây dựng 105 Lê Thị Hồng Gấm –P.Tân Lợi –TP Buôn MaThuộc – Tỉnh Đăk Lăk

BÀI THUYẾT MINH KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP.

Cơ sở tính toán:

Quy chuẩn xây dựng Việt Nam

TCVN 2737-1995: Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế

TCVN 5574-2012: Kết cấu bêtông và bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế.Các tiêu chuẩn quy phạm hiện hành có liên quan

Quy trình tính toán thiết kế được thực hiện theo 7 bước sau:

1 Mô tả giới thiệu kết cấu:

Tên công trình Trụ Sở Làm Việt Chi Cục Thủy Sản Tỉnh Đăk Lăk Địađiểm xây dựng : 105 Lê Thị Hồng Gấm –P.Tân Lợi –TP Buôn Ma Thuộc –Tỉnh Đăk Lăk

Công trình khung bê tông cốt thép toàn khối 3 tầng, 2 nhịp

Kết cấu chịu lực là hệ khung BTCT đổ toàn khối có liên kết cứng tại cácnút, liên kết giữa cột với móng được xem là ngàm tại mặt móng.Hệ khung chịulực của công trình là một hệ không gian Vì:

Mặt bằng kết cấu dầm sàn được bố trí như trên hình vẽ sau:

2 Chọn sơ bộ kích thước tiết diện và vật liệu sử dụng:

2.1Chọn vật liệu sử dụng:

a) Bê tông: dùng bê tông có cấp độ bền B20 có:

+ Cường độ chịu nén tính toán: Rb= 11,5(MPa)= 11,5×103(KN/m 2)

+ Cường độ chịu kéo tính toán: Rbt= 0,9(MPa)= 0,9×103(KN/m 2)

+ Khối lượng riêng: bt= 2500 (daN/m3 )= 25 (KN/m 3)

+ Môđun đàn hồi: Eb= 2,7×105 (daN/cm 2 )= 27×106 (KN/m 2)

b) Cốt thép:

- Cốt thép nhóm CII có  ≥ 10(mm)

+ Cường độ chịu nén, kéo tính toán: Rs = Rsc= 280 (MPa) = 280×103 (KN/m 2).+Cường độ chịu cắt khi tính toán cốt ngang: Rsw= 225 (MPa) = 225×10 3(KN/

m 2)

+Môđun đàn hồi: E = 2,1×106 (daN/cm 2) = 26×107 (KN/m 2)

- Cốt thép nhóm CI có  10(mm)

+ Cường độ chịu nén, kéo tính toán: Rs = Rsc = 225 (MPa) =225×103 (KN/m 2).+Cường độ chịu cắt khi tính toán cốt ngang: Rsw =175 (MPa) = 175×10 3 (KN/

m 2)

+Môđun đàn hồi: E = 2,1×106 (daN/cm 2) =26×107 (KN/m 2)

2.2Chọn sơ bộ kích thước tiết diện:

a) Chọn chiều dày của sàn:

Chiều dày của sàn được chọn theo công thức:

+ Bản kê 4 cạnh lấy m = 40 45

+ l 1 : Cạnh ngắn của ô bản

BẢNG CHỌN KÍCH THƯỚC Ô BẢN

Ô

sàn Công năng

kích thước(mm)

b) Chọn kích thước tiết diện của dầm:

Tiết diện của các dầm, phụ thuộc chủ yếu vào nhịp dầm và độ lớn của tải trọng

Theo kinh nghiệm tiết diện dầm được chọn theo công thức:

-Nhịp BC :Dầm D2

BẢNG CHỌN KÍCH THƯỚC DẦM KHUNG

Nhịp dầm

Kích thước Hd(m)

Hd( chọn)m

Hd( chọn)m

bd(m)

bd(chọn)mChiều dài

1/20l

1/12

0

5Nhịp A, B, C tầng

1.08

1

c) Chọn sơ bộ tiết diện cột:

+Về độ bền:

Diện tích tiết diện cột A0 được xác định theo công thức:

A0=k N

R b

Trong đó:

k: 1,1÷1,5 ; Hệ số kể đến ảnh hưởng của mômen uốn, độ mảnh của cột, hàm

lượng cốt thép, lấy tùy thuộc vào vị trí của cột

R b= 11,5.103 (KN/m 2): Cường độ chịu nén tính toán của bêtông

N: Lực dọc trong cột, được tính toán theo công thức gần đúng như sau:

N = qS xq (KN/m 2)

q: Tải trọng tương đương tính trên mỗi mét vuông mặt sàn trong đó gồm tải

trọng thường xuyên và tạm thời trên bản sàn, trọng lượng dầm, tường, cột đem tính ra phân bố đều trên sàn

S xq: Tổng diện tích mặt sàn truyền tải trọng lên cột đang xét

DIỆN TÍCH TRUYỀN TẢI CHO CỘT BIÊN VÀ CỘT GIỮA

+Về độ bền:

Chọn sơ bộ tiết diện cột là: (20 × 30)cm 2

+Kiểm tra về độ ổn định:

Thỏa mãn điều kiện về ổn định

Đối với khung nhà nhiều tầng liên kết cứng giữa dầm và cột có từ 2 nhịp trở

lên, đổ bê tông cốt thép toàn khối hệ số  = 0,7

Với các cột còn lại việc chọn kích thước sơ bộ của tiết diện được thực hiện

tương tự và thể hiện ở bảng sau:

BẢNG CHỌN TiẾT DiỆN CỘT KHUNG TRỤC 10

3.Lập sơ đồ tính khung ngang :

- Sơ đồ tính là trục của dầm và cột

- Liên kết giữa cột – dầm vẫn xem là ngàm ( nút cứng )

- Liên kết giữa cột và móng là liên kết ngàm

- Vị trí cột ngàm với móng tại mặt trên của móng

- Dầm kiềng thường được xem không phải là bộ phận của khung ngang

- Giải thiết chiều cao đổ cột H = 1,2 ÷ 1,5 m.

- Diện tích tiết diện, mômen kháng uốn của tiết diện gần đúng có thể lấy

theo kích thước tiết diện bê tông không cốt thép

- Môđun biến dạng của vật liệu bê tôngcốt thép lấy gần đúng theo môđun

đàn hồi của bê tông

3 Xác định các loại tải trọng tác dụng lên khung:

4.1 Tĩnh tải:

a Tải trọng trên 1m 2 sàn

Mái - Ngói + Xà gồ thép hình: 20 1.05 0.21

b Tải trọng trên 1m 2 tường:

Loại tường Các lớp cấu tạo dày(m)Chiều

Trọng lượng riêng

c Tải trọng trên 1m2 các cấu kiện

Tải trọng trên 1m2 các cấu kiện

CẤU KiỆN CÁC LỚP TẠO THÀNH n (daN.m2)g

Dầm

200x300

Bê tông: 0,2*0,3*2500 1,1 165Vữa trát: 2(0,3+0,2)*0,015*1800 1,3 28,08

Dầm

200x500

Bê tông: 0,2*0,5*2500 1,1 250Vữa trát: 2(0,2+0,5)*0,015*1800 1,3 37,8

d Tĩnh tải tầng 2, 3:

- Quy đổi tải trọng thành phân bố đều với hệ số quy đổi k

Với tải trọng có dạng hình thang để quy đổi sang tải trọng phân bố hình chữ nhật cần xác định hệ số k như sau:

k  1 22 3 với

1

2 2

l l

1.Tường dày 200 đặt trên dầm trục 10 đoạn B-C cao 3,1m

gt1= 5,23,1

14,21

2 Trọng lượng từ sàn S1 truyền vào dạng hình thang với tung

độ lớn nhất

ght1= 3,723,6/2=6,7

Đổi ra phân bố đều với k=0,847

5,6 6,7x0,847

Tổng 43,45

c 2 Tĩnh tải tầng mái:

11.64 2.5 2.052

1.64

0.6562.5

th th AB

12.46 6 7.382

th

2 2

7.38

1.236

th th

TĨNH TẢI PHÂN BỐ TẦNG MÁI Kí

Kết quả

2 Tải trọng sàn seno truyền vào

Sơ đồ tĩnh tải tác dụng vào khung:

Hoạt tải sư dụng được lấy theo tiêu chuẩn TCVN 2737-1995

a) Hoạt tải đơn vị

1 Do hoạt tải sàn S2, S3 truyền vào hình tam giác có tung độ lớn nhất

Do hoạt tải sàn S1 truyền vào hình thang với tung độ lớn nhất

Ký

hiệu Loại tải trọng và cách tính

Kết quả

hiệu Loại tải trọng và cách tính

Kết quả

Ký

hiệu Loại tải trọng và cách tính

Kết quả

Pb Do hoạt tải từ sàn S2 truyền vào

4.3 Xác định hoạt tải gió tác dụng vào khung:

Xác định theo TCVN 2737-1995, Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế

Công trình xây dựng tại thành phố Qui Nhơn, tỉnh Bình Định, thuộc vùng gió

III-B có áp lực gió đơn vị (Bảng 4 TCVN 2737-1995) là W0 = 1,25 (KN/m2)

thuộc dạng địa hình C

Công trình cao dưới 40m nên ta chỉ xét đền tác dụng tĩnh của tải trọng gió

Giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của tải trọng gió W có độ cao Z so với mốc

chuẩn được xác dịnh theo công thức:

k: hệ số tính đến sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao so với mốc chuẩn

(xác định theo bảng G TCVN 2737-1995) và dạng địa hình (bảng 5 TCVN

n = 1.2 là hệ số độ tin cậy của tải trọng gió

B: phạm vi truyền tải

TẢI TRỌNG GIÓ TÁC DỤNG VÀO KHUNG

Tải trọng gió trên mái quy về lực tập trung đặt ở đầu cột S đ , S h

Để an toàn hệ số k lấy ở cao trình đỉnh mái tức là Z = 18.85 (m)k = 0.786

Hình dáng mái và hệ số khí động trên mái tham khảo bảng 6 của TCVN 2737 – 1995

HỆ SỐ KHÍ ĐỘNG TÁC DỤNG LÊN MÁI

Trị số S tính theo công thức sau:

4 Xác định nội lực và tổ hợp nội lực

5.1 Xác định nội lực

Sử dụng chương trình tính toán kết cấu SAP2000 để tính toán nội lực cho khung với sơ đồ phần tử dầm, cột như hình vẽ sau:

Chú ý: Vì trọng lượng bản thân của dầm và cột khung chưa tính nên khi khai

báo tải trọng trong chương trình tính toán kết cấu, với trường hợp tĩnh tải phải

kể đến trọng lượng bản thân của kết cấu (cột, dầm khung) với hệ số vượt tải

n=1.1

BIỂU ĐỒ MÔMEN TĨNH TẢI

BIỂU ĐỒ MÔMEN HOẠT TẢI 2

BIỂU ĐỒ MÔMEN GIÓ TRÁI

BIỂU ĐỒ MÔMEN GIÓ PHẢI

BIỂU ĐỒ BAO LỰC CẮT

Tổ hợp nội lực theo TCVN 2737-1995

+ Tổ hợp cơ bản 1 : Tỉnh tải + 1 trường hợp hoạttải với hệ số tổ hợp là 1

+ Tổ hợp cơ bản 2 : Tỉnh tải + 2 trường hợp hoạttải trở lên với hệ số tổ hợp là 0.9

Trên cơ sở đó ta có cấu trúc tổ hợp như sau

TH6: TT+0.9(HT1+GT)TH7: TT+0.9(HT1+GP)TH8: TT+0.9(HT2+GT)TH9: TT+0.9(HT2+GP)TH10: TT+0.9(HT1+HT2+GT)TH11: TT+0.9(HT1+HT2+GP)

Ở mỗi tiết diện phải sét 11 tổ hợp cơ bản để tìm ra các cặp nội lực nguyhiểm như sau:

+ Đối với dầm :Mmax  ,M ,min  Qmax

+ Đối với cột :Mmax 

và N tu

min

M

vàN tu tu

M vàNmax

Riêng đối với tiết diện ở chân cột tổ hợp thêm Q tu để phục vụ cho việc tínhmóng

Việc tổ hợp nội lực cho dầm và cột được trình bày thành các bảng :

+Với phần tử dầm : Tổ hợp nội lực cho 3 tiết diện ( 2 tiết diện đầudầm và 1 tiết diện giữa)

BẢNG TỔ HỢP MOMENT DẦM KHUNG

COMB 3

COMB 4

COMB 5

COMB 6

COMB 7

COMB 8

COMB 9

COMB 10

COMB

D1 0 -1.08 -2.15 -0.24 30.50 -30.48 -3.23 -1.32 29.41 -31.57 -3.47 24.43 -30.45 26.15 -28.73 24.22 -30.67 -31.57 29.41 -31.57/+29.41D1 1.25 -2.11 2.62 -0.94 1.43 -1.43 0.51 -3.05 -0.68 -3.54 -0.43 1.54 -1.04 -1.67 -4.25 0.69 -1.88 -4.25 1.54 -4.25/+1.54D1 2.5 -16.42 -2.98 -1.64 -27.63 27.62 -19.40 -18.06 -44.05 11.20 -21.04 -43.97 5.75 -42.76 6.96 -45.45 4.28 -45.45 11.20 -45.45/+11.2D2 0 -75.31 -1.72 -8.09 58.27 -58.29 -77.02 -83.39 -17.03 -133.59 -85.11 -24.40 -129.31 -30.14 -135.04 -31.69 -136.59 -136.59 17.03- -136.59

D2 3 54.62 -1.05 8.65 -3.45 3.45 53.57 63.28 51.17 58.08 62.23 50.57 56.79 59.30 65.52 58.36 64.57 50.57 65.52 65.52D2 6 -59.77 -0.38 -7.55 -65.18 65.20 -60.15 -67.32 -124.95 5.43 -67.70 -118.78 -1.44 -125.23 -7.89 -125.57 -8.23 -125.57 5.43 -125.57/+5.43D3 0 -3.37 -0.21 -3.23 15.15 -15.19 -3.58 -6.60 11.78 -18.55 -6.80 10.08 -17.22 7.36 -19.94 7.18 -20.13 -20.13 11.78 -20.13/+11.78D3 1.25 -1.04 -1.04 3.04 0.51 -0.54 -2.08 2.00 -0.53 -1.58 0.97 -1.51 -2.46 2.16 1.22 1.23 0.28 -2.46 2.16 -2.46/+2.16D3 2.5 -11.99 -1.87 -1.06 -14.13 14.11 -13.86 -13.05 -26.12 2.12 -14.92 -26.39 -0.97 -25.66 -0.24 -27.34 -1.93 -27.34 2.12 -27.34/+2.12D4 0 -76.40 -8.17 -2.10 31.06 -31.02 -84.57 -78.50 -45.34 -107.42 -86.67 -55.80 -111.67 -50.33 -106.20 -57.69 -113.56 -113.56 45.34- -113.56

D4 3 51.59 8.57 -2.21 -1.04 1.06 60.16 49.39 50.55 52.65 57.95 58.36 60.26 48.67 50.56 56.38 58.27 48.67 60.26 60.26D4 6 -64.73 -7.64 -2.32 -33.15 33.14 -72.37 -67.06 -97.88 -31.60 -74.69 -101.44 -41.78 -96.66 -37.00 -103.53 -43.87 -103.53 31.60- -103.53

D5 0.35 -2.24 0.00 0.00 0.00 0.00 -2.24 -2.24 -2.24 -2.24 -2.24 -2.24 -2.24 -2.24 -2.24 -2.24 -2.24 -2.24 -2.24 -2.24

D6 0 -6.08 -1.53 0.12 5.69 -5.79 -7.60 -5.96 -0.38 -11.87 -7.49 -2.33 -12.66 -0.85 -11.19 -2.22 -12.56 -12.66 -0.38 -12.66D6 1.25 -1.81 2.59 -2.75 1.06 -1.00 0.78 -4.56 -0.75 -2.81 -1.97 1.48 -0.38 -3.33 -5.18 -1.00 -2.85 -5.18 1.48 -5.18/+1.48D6 2.5 -14.03 -2.08 -5.62 -3.57 3.80 -16.11 -19.64 -17.60 -10.23 -21.73 -19.11 -12.48 -22.30 -15.67 -24.17 -17.54 -24.17 10.23- -24.17

D7 0 -42.85 -1.84 -14.54 7.83 -7.98 -44.68 -57.39 -35.02 -50.83 -59.23 -37.45 -51.68 -48.89 -63.12 -50.54 -64.77 -64.77 35.02- -64.77

D7 3 50.44 -1.28 20.61 -0.74 0.44 49.15 71.05 49.70 50.88 69.76 48.62 49.68 68.32 69.38 67.17 68.23 48.62 71.05 71.05D7 6 -36.91 -0.73 -10.11 -9.31 8.86 -37.64 -47.02 -46.21 -28.04 -47.76 -45.94 -29.59 -54.39 -38.03 -55.05 -38.69 -55.05 28.04- -55.05

D8 0 -4.67 0.00 0.00 0.00 0.00 -4.67 -4.67 -4.67 -4.67 -4.67 -4.67 -4.67 -4.67 -4.67 -4.67 -4.67 -4.67 -4.67 -4.67D8 0.35 -2.24 0.00 0.00 0.00 0.00 -2.24 -2.24 -2.24 -2.24 -2.24 -2.24 -2.24 -2.24 -2.24 -2.24 -2.24 -2.24 -2.24 -2.24

BẢNG TỔ HỢP NỘI LỰC CỘT KHUNG

Phầ

n tử

Tiết

diện

C1 0 0.05 -0.48 0.05 28.54 -28.54 -112.48 -45.23 -23.71 38.67 -38.80 28.60 -73.81 -28.49 -151.28 -26.02 -209.45C1 5.5 0.50 0.92 -0.21 -23.05 23.05 -103.41 -45.23 -23.71 38.67 -38.80 23.55 -142.21 -22.55 -64.74 21.88 -200.38C2 0 -8.98 0.76 -1.86 74.49 -74.05 -441.02 -53.35 -65.34 -4.54 4.71 65.51 -445.56 -83.03 -436.31 -10.07 -559.71C2 5.5 19.61 -1.65 3.49 -54.83 55.39 -428.92 -53.35 -65.34 -4.54 4.71 75.00 -424.21 -35.22 -433.46 21.46 -547.61C3 0 10.15 -0.36 1.59 70.28 -70.71 -510.98 -15.28 -46.67 -34.13 34.08 80.43 -545.12 -60.56 -476.90 74.52 -597.46

C3 5.5 -18.88 0.65 -3.49 -47.76 47.20 -498.88 -15.28 -46.67 -34.13 34.08 28.32 -464.80 -66.64 -533.02 -64.42 -585.36C4 0 -0.59 -1.23 -0.45 7.45 -7.43 -75.52 -19.86 -24.27 15.42 -15.56 6.86 -60.10 -8.78 -129.24 -8.78 -129.24C4 3.6 1.28 0.04 1.66 -11.46 11.42 -69.58 -19.86 -24.27 15.42 -15.56 13.08 -123.30 -10.19 -54.16 13.08 -123.30C5 0 -39.27 -0.39 -2.96 31.07 -30.52 -268.59 -37.69 -48.91 -1.86 2.05 -8.20 -270.45 -69.79 -266.53 -42.62 -355.19

C5 3.6 37.37 3.93 -1.59 -31.57 32.19 -260.67 -37.69 -48.91 -1.86 2.05 69.88 -292.74 5.80 -262.53 39.71 -347.27C6 0 40.89 1.04 4.05 17.42 -17.99 -297.78 -15.51 -30.98 -13.56 13.50 61.15 -351.82 22.90 -284.28 61.15 -351.82C6 3.6 -37.61 -4.54 0.56 -23.18 22.61 -289.86 -15.51 -30.98 -13.56 13.50 -15.00 -276.36 -62.57 -316.01 -62.06 -343.90C7 0 -2.09 -0.17 -1.56 3.69 -3.77 -39.00 -20.53 2.29 3.71 -3.84 1.60 -35.30 -7.04 -58.87 -5.64 -60.93

C7 3.6 1.40 1.53 -0.12 -5.69 5.79 -33.06 -20.53 2.29 3.71 -3.84 7.99 -54.99 -4.29 -29.36 7.99 -54.99

C8 0 -27.04 -2.38 -2.62 13.62 -12.94 -103.67 -21.16 -34.71 -0.85 1.03 -13.42 -104.52 -43.18 -153.02 -32.04 -159.54C8 3.6 28.82 -0.24 8.92 -11.40 11.78 -96.74 -21.16 -34.71 -0.85 1.03 47.45 -127.05 17.42 -97.59 37.50 -152.61C9 0 27.12 3.10 2.88 9.96 -10.53 -88.11 0.18 -30.94 -2.86 2.81 41.47 -118.36 16.59 -85.30 30.00 -119.05C9 3.6 -32.23 -0.73 -10.11 -9.31 8.86 -81.18 0.18 -30.94 -2.86 2.81 -23.37 -78.37 -50.37 -111.43 -42.35 -112.12

6.Tính toán cốt thép.

6.1 Tính toán cốt thép cho dầm.

Đối với dầm tính toán tại 3 tiết diện (hai gối và giữa nhịp), chọn mômen lớn nhất ở nhịpM max và ở gối M min, |Q|max để tính toán cốt thép

Đối với dầm, sàn đổ toàn khối, khi tác dụng của mômen gây nén cho bản cánh thì ta kểđến ảnh hưởng của bản cánh trong tính toán và khi bản cánh chịu kéo thì bỏ qua ảnh hưởngbản cánh

a Tính cốt thép dọc

Với cấp độ bền bê tông B20( tương đương M250) cốt thép CII tra bản

+ Tính

2 0

m s

M

 

 

Nếu  m R  tăng kích thước tiết diện ( tăng chiều cao dầm )

Nếu m R  tra bảng hoặc tính  0.5 (1  1 2 m)

+ Tính 0

s s

M A

b h



phải đảm bảo min với min 0.1%

- Với tiết diện có cánh nằm trong vùng nén tính toán theo tiết diện chữ T:

+ Xác định vị trí trục trung hòa :M f R bb'fh'f (h0  0.5h' )f

Trường hợp M M'f trục trung hòa qua cánhTrường hợp M M'f trục trung hòa qua sườn



Tính theo tiết diện chữ nhật b'f h

Bề rộng vùng sải cánh b'f 2S c b

Với S c là độ vương của cánh lấy giá trị nhỏ nhất trong các giá trị sau:

+

1

6l(l:nhịp dầm)+ 6 'h f

+ 1/2 khoảng cách thông thủy giữa các dầm dọc

Trường hợp trục trung hòa qua sườn:

Tính theo tiết diện chữ T

+ Giả thiết a3 6 cm h0  h a

+ Tính :

0 2 0

Nếu  m R  tăng kích thước tiết diện ( tăng chiều cao dầm )

Nếu m R  tra bảng hoặc tính   1 1 2 m

b h



phải đảm bảo diều kiện  min với min 0.1%

- Với trường hợp tiết diện chỉ có cánh ở một bênh:

- Tính như tiết diện chữ nhật b h (bỏ qua sự làm việc của cánh)

- Khi chiều cao của dầm h d 650mm

thì đặt thêm cốt thép phụ vào mặt bênh của tiết diện dầm Các cốt thép này chịu ứng suất do co ngót và nhiệt độ và giữ cho khung cốt thép không bị lêch khi thi công

Cốt thép dầm dọc được tính toán dựa trên cơ sở lý thuyết trên và được lập thành bản tính sau:

`

BẢNG TÍNH THÉP DỌC DẦM KHUNG

Cấp bền BT: 3 R b = 11.5 C.thép: 2 R s =R sc = 280 ξ R = 0.623 μ min = 0.10%