ĐỒ ÁN KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP 2

Chương I: Lựa chọn giải pháp kết cấu1.1. Vật liệu sử dụngBê tông móng và thân công trình cấp độ bền B25 (mác M350) có; Rb=14,5 MPa ; Rbt =1,05 MPa Cốt thép:+ Thép nhóm CI: ; + Thép nhóm CII: ; 1.2. Lựa chọn giải pháp kết cấu sànThông thường có 3 giải pháp kết cấu sàn: Sàn nấm, sàn sườn, sàn ô cờVới sàn nấm: Khối lượng bê tông lớn nên giá thành sẽ cao, khối lượng công trình lớn do đó kết cấu móng phải có cấu tạo tốt, khối lượng cũng vì thế mà tăng lên. Ngoài ra dưới tác dụng của gió động và động đất thì khối lượng lượng tham gia dao động lớn Lực quán tính lớn Nội lực lớn làm cho cấu tạo các cấu kiện nặng nề kém hiệu quả về mặt giá thành cũng như kiến trúc. Ưu điểm của sàn nấm là chiều cao tầng giảm nên cùng chiều cao nhà sẽ có số tầng lớn hơn. Tuy nhiên để cấp nước, cấp điện và điều hoà ta phải làm trần giả nên ưu điểm này không có giá trị cao. Với sàn sườn: Do độ cứng ngang của công trình lớn nên khối lượng bê tông khá nhỏ Khối lượng dao động giảm Nội lực giảm Tiết kiệm được bê tông và thép cũng do độ cứng công trình khá lớn nên chuyển vị ngang sẽ giảm tạo tâm lí thoải mái cho người sử dụng. Nhược điểm của sàn sườn là chiều cao tầng lớn và thi công phức tạp hơn phưong án sàn nấm tuy nhiên đây cũng là phương án khá phổ biến do phù hợp với điều kiện kỹ thuật thi công hiện nay của các công ty xây dựng. Với sàn ô cờ: Tuy khối lượng lượng công trình là nhỏ nhất nhưng do thi công rất phức tạp trong các công việc thi công chính như lắp ván khuôn, đặt cốt thép, đổ bê tông v.v... nên phưong án này không khả thi. Qua phân tích, so sánh các phương án trên ta chọn phương án dùng sàn sườn toàn khối. Dựa vào hồ sơ kiến trúc công trình, giải pháp kết cấu đã lựa chọn và tải trọng tác dụng lên công trình để thiết kế mặt bằng kết cấu cho các sàn. Mặt bằng kết cấu được thể hiện trên các bản vẽ kết cấu.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ-ĐỊA CHẤT

KHOA XÂY DỰNG

BỘ MÔN KỸ THUẬT XÂY DỰNG

ĐỒ ÁN KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP 2

Hoạt tải sàn

Hoạt tải hành lang

PHẦN THÔNG QUA ĐỒ ÁN

(Ghi chỳ: sinh viờn phải tham gia tối thiểu 3 lần thông qua đồ án mới được phép bảo vệ)

Chương I: Lựa chọn giải pháp kết cấu

1.1 Vật liệu sử dụng

- Bê tông móng và thân công trình cấp độ bền B25 (mác M350#) có;

Rb=14,5 MPa ; Rbt =1,05 MPa

- Cốt thép:

+ Thép  12mm nhóm CI: R S R SC  225MPa; R SW  175MPa

+ Thép  12mm nhóm CII: R S R SC  280MPa;R SW  225MPa

1.2 Lựa chọn giải pháp kết cấu sàn

Thông thường có 3 giải pháp kết cấu sàn: Sàn nấm, sàn sườn, sàn ô cờ

- Với sàn nấm: Khối lượng bê tông lớn nên giá thành sẽ cao, khối lượngcông trình lớn do đó kết cấu móng phải có cấu tạo tốt, khối lượng cũng vìthế mà tăng lên Ngoài ra dưới tác dụng của gió động và động đất thì khốilượng lượng tham gia dao động lớn  Lực quán tính lớn  Nội lực lớnlàm cho cấu tạo các cấu kiện nặng nề kém hiệu quả về mặt giá thành cũngnhư kiến trúc

Ưu điểm của sàn nấm là chiều cao tầng giảm nên cùng chiều cao nhà sẽ có sốtầng lớn hơn Tuy nhiên để cấp nước, cấp điện và điều hoà ta phải làm trần giả nên

ưu điểm này không có giá trị cao

- Với sàn sườn: Do độ cứng ngang của công trình lớn nên khối lượng

bê tông khá nhỏ  Khối lượng dao động giảm  Nội lực giảm  Tiếtkiệm được bê tông và thép cũng do độ cứng công trình khá lớn nên chuyển

vị ngang sẽ giảm tạo tâm lí thoải mái cho người sử dụng

Nhược điểm của sàn sườn là chiều cao tầng lớn và thi công phức tạp hơnphưong án sàn nấm tuy nhiên đây cũng là phương án khá phổ biến do phù hợp vớiđiều kiện kỹ thuật thi công hiện nay của các công ty xây dựng

- Với sàn ô cờ: Tuy khối lượng lượng công trình là nhỏ nhất nhưng dothi công rất phức tạp trong các công việc thi công chính như lắp ván khuôn,đặt cốt thép, đổ bê tông v.v nên phưong án này không khả thi

Qua phân tích, so sánh các phương án trên ta chọn phương án dùng sàn sườntoàn khối Dựa vào hồ sơ kiến trúc công trình, giải pháp kết cấu đã lựa chọn và tảitrọng tác dụng lên công trình để thiết kế mặt bằng kết cấu cho các sàn Mặt bằngkết cấu được thể hiện trên các bản vẽ kết cấu

1.3 Lựa chọn kích thước, chiều dày sàn

Chiều dày bản xác định sơ bộ theo công thức:

m   với sàn loại bản kê bốn cạnh, m bé với bản đơn kê

tự do, m lớn với bản liên tục;

min

h - chiều dày bản bé nhất, 4 cm với sàn mái, 5 cm với sàn nhà

dân dụng, 6 cm với sàn nhà công nghiệp

1.3.1 Kích thước sàn mái

Với bản kê 4 cạnh, bản liên tục lấy m = 45, tải trọng nhỏ lấy D = 0,8

Với ô sàn lớn nhất:

Với sàn mái nhà dân dụng h min =4cm

 chọn chiều dày mái h mái =8cm cho toàn bộ ô sàn mái lớn và ô sàn mái nhỏ.

Kết cấu mái gồm hệ mái tôn gác lên xà gồ, xà gồ gác lên tường thu hồi

1.3.2 Kích thước sàn tầng

a Kích thước sàn phòng học

Với bản kê 4 cạnh, bản liên tục lấy m = 45, tải trọng nhỏ lấy D = 1

Với ô sàn lớn nhất:

Với sàn nhà dân dụng hmin  5cm

 chọn chiều dày mái cho sàn phòng học kích thước

b Kích thước sàn hành lang

Với bản kê 4 cạnh, bản liên tục lấy m = 45, tải trọng nhỏ lấy D = 1,2

Với ô sàn lớn nhất:

Với sàn nhà dân dụng: hmin  5cm

 chọn chiều dày mái h S2  8cm cho sàn hành lang kích thước:

TT tiêuchuẩn

Hệ sốvượttải

TT tính toán

Hệ sốvượttải

TT tính toán

TTTC dài hạn

TTTC ngắn hạn

Hệ số vượt tải

TT tính toán

- Phòng học 400 140 260 1.2 480

- Sảnh, phòng giải

- Mái bê tông

không có người sử

dụng

1.4 Lựa chọn giải pháp kết cấu chịu lực

Theo các dữ liệu về kiến trúc như hình dáng, chiều cao nhà, không gian bêntrong yêu cầu thì các giải pháp kết cấu có thể là:

- Hệ tường chịu lực

Trong hệ này các cấu kiện thẳng đứng chịu lực của nhà là các tường phẳng.Tải trọng ngang truyền đến các tấm tường qua các bản sàn Các tường cứng làmviệc như các công xôn có chiều cao tiết diện lớn Giải pháp này thích hợp cho nhà

có chiều cao lớn và yêu cầu về không gian bên trong không cao (không yêu cầu cókhông gian lớn bên trong)

- Hệ khung chịu lực

Hệ này được tạo thành từ các thanh đứng và thanh ngang là các dầm liên kếtcứng tại chỗ giao nhau gọi là các nút Các khung phẳng liên kết với nhau qua cácdầm dọc tạo thành khung không gian Hệ kết cấu này khắc phục được nhược điểmcủa hệ tường chịu lực

 Qua phân tích một cách sơ bộ như trên ta nhận thấy mỗi hệ kết cấu cơ bảncủa nhà đều có những ưu, nhược điểm riêng Đối với công trình này, do công trình

có công năng là nhà làm việc nên yêu cầu có không gian linh hoạt Nên dùng hệkhung chịu lực

1.5 Lựa chọn kích thước các tiết diện

1.5.1 Kích thước tiết diện dầm

Kích thước tiết diện dầm được xác định sơ bộ theo công thức:

a Kích thước tiết diện dầm dọc nhà

Để đơn giản trong tính toán, ta coi dầm dọc nhà có chiều dài nhịp tính toán :

 chọn : ,

 dầm dọc nhà kích thước 0,3 0,22m

b Kích thước tiết diện dầm ngang nhà BC

Để đơn giản trong tính toán, ta coi dầm dọc nhà có chiều dài nhịp tính toán

,

 chọn

 dầm ngang nhà BC kích thước

c Kích thước tiết diện dầm ngang nhà AB

Để đơn giản trong tính toán, ta coi dầm dọc nhà có chiều dài nhịp tính toán

 chọn

 dầm ngang nhà AB kích thước

1.5.2 Kích thước tiết diện cột

- Kích thước tiết diện cột được xác định sơ bộ theo công thức:

b

N

A k R

Trong đó:

N - lực dọc trong cột do tải trọng đứng gây ra;

b

R - cường độ chịu nén tính toán của bê tông;

k - hệ số kể đến ảnh hưởng do mô men, k 1,0 1,5 

- Lực dọc trong cột do tải trọng đứng gây ra được xác định như sau:

a Kích thước tiết diện cột biên trong phòng (trục C)

Diện tích truyền tải:

b Kích thước tiết diện cột trong phòng (trục B)

Diện tích truyền tải:

c Kích thước tiết diện biên ngoài phòng (trục A)

Diện tích truyền tải:

      Vậy tiết diện cột đạt yêu cầu.

1.6 Mặt bằng bố trí kết cấu

C B

A 1 2 3

1 2

3

C B

A

C22x30

C22x30 C22x30

C22x30

C22x22

D22x30

D30x60 D22x30

D22x30 D22x30

D22x30 D22x30

D22x30 D22x40

D22x30 D30x60

D30x60

C22x30 C22x30

-0,45

±0,00 +3,60 +7,20 +10,80 +14,40

D22x30

D22x30

D22x30

C22x30 C22x22 C22x30 C22x30 C22x30 C22x22 C22x22

D22x30 D22x30 D22x30 D22x30

D22x30 D22x30 D22x30

D22x30

C22x22

C22x22 C22x22 C22x22

- Nhịp tính toán dầm trong phòng BC: l BC  5, 4m

- Nhịp tính toán dầm hành lang AB: l AB  2m

2.2.2 Chiều dài tính toán của cột

Nhịp tính toán của cột được xác định bằng khoảng cách giữa 2 trục dầm

a Chiều dài tính toán cột tầng 1

C22x30 C22x30 C22x22 D22x30 D22x30

D30x60 D22x30 D22x30

C B A

D30x60

D30x60

D30x60 C22x22 C22x22 C22x22 C22x22 C22x22

chương 3: Xác định tải trọng tính toán đơn vị

3.1 Tĩnh tải đơn vị

- Tĩnh tải sàn phòng học và sàn hành lang: g s  422,6daN m2

Hệ sốvượttải

TT tính toán

- Tải tường có cửa có

Hệ sốvượttải

TT tính toán

- Tải tường có cửa có

3.2 Hoạt tải đơn vị

- Hoạt tải sàn phòng học: p s  480daN m2

- Hoạt tải sàn hành lang: p hl  360daN m2

3.3 Hệ số quy đổi tải trọng

- Với ô sàn lớn, kích thước 3,9 5,4m :

Tải trọng phân bố tác dụng lên khung có dạng hình thang Để quy đổi sang

dạng tải trọng phân bố hình chữ nhật, ta cần xác định hệ số chuyển đổi k



- Với ô sàn hành lang, kích thước 1,6 3.9m

Tải trọng phân bố tác dụng lên

khung có dạng tam giác Để quy đổi

sang dạng tải trọng phân bó hình chữ

- Tải trọng bản thân của các kết cấu dầm, cột khung sẽ do chương trình tínhtoán kết cấu tự tính.

5400

C B

2 Do tải trọng từ sàn truyền vào dưới dạng hình thang với

1 Giống như mục 1,2,3 của G C đã tính ở trên 6735

2 Do trọng lượng sàn hành lang truyền vào:

Cộng và làm tròn G  B 7595

A G

Hình 4.2: Sơ đồ dồn tải trọng trường hợp tĩnh tải tầng mái

Từ mặt cắt kiến trúc ta thấy trên mái có xây tường thu hồi dạng hình tam giác,

để đơn giản trong tính toán, ta quy đổi hình tam giác thành hình chữ nhật trên từng

1 2 3

đoạn dầm Trên đoạn dầm BC, tường thu hồi quy đổi dạng hình chữ nhật có chiều

cao là 1,04m Trên đoạn dầm AB, tường thu hồi quy đổi dạng hình chữ nhật có chiều cao là 0,62m.

Bảng 4.2: Tĩnh tải máiTĩnh tải phân bố

1 Do trọng lượng tường thu hồi 110 cao trung bình 0,62m:

1 Giống như mục 1,2 của

4.3 Tĩnh tải tác dụng vào khung

1513daN/m 551daN/m

3630daN 2986daN

3087daN

daN/m 364daN/m

6735aN 2606daN

7595daN

C B

A

2737daN/m

2737daN/m 364daN/m

364daN/m

6735daN

6735daN 7595daN

Hình 4.3: Sơ đồ tải trọng tác dụng vào khung trường hợp tĩnh tải

Chương V: xác định hoạt tải tác dụng vào khung

5.1 Trường hợp hoạt tải 1

5.1.1 Hoạt tải 1 tầng 2 hoặc tầng 4

1 2 3

3900 3900

C B

P

B p ht PC

C B

P

B p 1 P C

Hình 5.1: Sơ đồ dồn tải trọng trường hợp hoạt tải 1 tầng 2 hoặc 4

Bảng 5.1: Hoạt tải 1 tầng 2 hoặc tầng 4

3900 3900

C B A

C B A

Đổi ra phân bố đều với: k 0,625

C B

1600 5400 220

p =130daN/m

m 2

1600 5400

C B

1600 5400

C B

Hình 5.3: Sơ đồ dồn tải trọng trường hợp hoạt tải 1 tầng mái

Bảng 5.3: Hoạt tải 1 tầng mái

5.2 Trường hợp hoạt tải 2

5.2.1 Hoạt tải 2 tầng 2 hoặc tầng 4

1 2 3

C B

1600 5400 220

220

p =360daN/m hl 2

1600 5400

C B

1600 5400

C B

P A p tg P B

P A p 2 P B

Hình 5.4: Sơ đồ dồn tải trọng trường hợp hoạt tải 2 tầng 2 hoặc 4

Bảng 5.4: Hoạt tải 2 tầng 2 hoặc tầng 4

C B

P

B p ht P C

C B

P B p ht P C

C B

p =130daN/mm

p =p =130daN/m

1 2

3

C B

Hình 5.6: Sơ đồ dồn tải trọng trường hợp hoạt tải 2 tầng mái

Bảng 5.6: Hoạt tải 2 tầng mái

5.3 Các trường hợp hoạt tải tác dụng vào khung

a Trường hợp hoạt tải 1

304daN 322daN

322daN

360daN/m 893daN 893daN

Hình 5.7: Sơ đồ tải trọng tác dụng vào khung trường hợp hoạt tải 1

b Trường hợp hoạt tải 2

494daN 494daN

304daN

360daN/m 1825daN 1825daN 398daN/m

Hình 5.8: Sơ đồ tải trọng tác dụng vào khung trường hợp hoạt tải 2

chương 6: xác định tải trọng gió

Công trình xây dựng tại khu vực thuộc vùng gió II-A, có áp lực gió đơn vị:

q q - áp lực gió đẩy và áp lực gió hút tác dụng lên khung phân bố

theo chiều cao;

B - bề rộng đón gió của khung

Tra bảng và sử dụng phương pháp nội suy, ta xác định được hệ số k

Bảng 6.1: Bảng tính toán tải trọng gió

Tầng H (m) Z (m) k n B (m) C d C h q d

h q

Hình 6.1: Sơ đồ tải trọng gió trái tác dụng vào khung

* Sơ đồ tải trọng gió phải tác dụng vào khung

C B

Hình 7.1: Sơ đồ các phần tử khung

7.2 Biểu đồ nội lực trường hợp tĩnh tải

a Biểu đồ mô men (kN.m)

Hình 7.2: Biểu đô mô men trường hợp tĩnh tải

7.3 Biểu đồ nội lực trường hợp hoạt tải 1

a Biểu đồ mô men (kN.m)

Hình 7.5: Biểu đô mô men trường hợp hoạt tải 1

b Biểu đồ lực cắt (kN)

Hình 7.6: Biểu đô lực cắt trường hợp hoạt tải 1

c Biểu đồ lực dọc (kN)

Hình 7.7: Biểu đô lực dọc trường hợp hoạt tải 1

7.4 Biểu đồ nội lực trường hợp hoạt tải 2

a Biểu đồ mô men (kN.m)

Hình 7.8: Biểu đô mô men trường hợp hoạt tải 2

7.6 Biểu đồ nội lực trường hợp gió trái

a Biểu đồ mô men (kN.m)

Hình 7.11: Biểu đô mô men trường hợp gió trái

b Biểu đồ lực cắt (kN)

Hình 7.12: Biểu đô lực cắt trường hợp gió trái

c Biểu đồ lực dọc (kN)

Hình 7.13: Biểu đô lực dọc trường hợp gió trái

7.7 Biểu đồ nội lực trường hợp gió phải

a Biểu đồ mô men (kN.m)

Hình 7.14: Biểu đô mô men trường hợp gió phải

7.8 Bảng giá trị nội lực các trường hợp tải trọng

Tổ hợp cơ bản được phân thành:

Với một phần tử dầm: ta tiến hành tổ hợp nội lực cho ba tiết diện (hai tiết diệnđầu dầm và một tiết diện giữa dầm) Trong phạm vi đồ án, ta tiến hành tổ hợp vàthiết kế cho 2 dầm ở tầng dưới cùng là 2 dầm có nội lực lớn nhất, nguy hiểm nhất,các cấu kiện dầm ở tầng trên bố trí cốt thép giống cấu kiện dầm ở tầng 2

Với một phần tử cột: ta tiến hành tổ hợp nội lực cho 2 tiết diện (một tiết diệnchân cột và một tiết diện đỉnh cột) Trong phạm vi đồ án, ta tiến hành tổ hợp vàthiết kế cho 3 cột ở tầng dưới cùng là 3 cột có nội lực lớn nhất, nguy hiểm nhất,các cấu kiện cột ở tầng trên bố trí cốt thép giống cấu kiện cột ở tầng 2

- Cốt thép:

+ Thép  12mm nhóm AI: R S R SC  225MPa; R SW  175MPa

+ Thép  12mm nhóm AII: R S R SC  280MPa;R SW  225MPa

Tính theo tiết diện hình chữ nhật b h  22 30  cm

Giả thiết a=4cm  h0 30-4=26cm

2 0

Giả thiết a=4cm  h0 30-4=26cm

Giá trị độ vươn của cánh S clấy bé hơn các trị số sau:

- Một nửa khoảng cách thông thủy giữa các dầm dọc =( 390-22)/2=184cm

- 1/6 nhịp cấu kiện = 160/6=26,7cm  S c 26.7cm

Tính b'f  b 2S c 75.33cm

Xác định

' ' '

R bh

2h 52cm

 thỏa mãn điều kiện về tiết diện nghiêng nguy hiểm nhất Lựa chọn cốt đai

 8mm với 2 nhánh, khoảng cách giữa các cốt đai 10cm.

Tính theo tiết diện hình chữ nhật b h  30 60  cm.

Giả thiết a=4cm  h0 60-4=56cm

2 0

Giá trị độ vươn của cánh S clấy bé hơn các trị số sau:

- Một nửa khoảng cách thông thủy giữa các dầm dọc =( 390-30)/2=184cm

- 1/6 nhịp cấu kiện = 540/6=90cm  S c 90cm

Tính b'f  b 2S c 210cm

Xác định

' ' '

2 0 0

0

2h 112cm

 thỏa mãn điều kiện về tiết diện nghiêng nguy hiểm nhất Lựa chọn cốt đai

 8mm với 2 nhánh, khoảng cách giữa các cốt đai 10cm.

s

R (MPa )

Cốt thép dọc

Cốt thép đai