ĐỒ ÁN KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP 2 (Trường ĐH Mỏ)

CHƯƠNG 1: LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU1.1.Vật liệu sử dụngBê tông móng và thân công trình cấp độ bền B25 có ; 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 giảmTiết 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

a (m

Hoạt tải tiêu chuẩn (daN/m2)

Vùng gió

Bê

Hoạt tải mái

Hoạt tải sàn

Hoạt tải hành lang

chơng 1: lựa chọn giải pháp kết cấu 1.1 Vật liệu sử dụng

- Bê tông móng và thân công trình cấp độ bền B25 có R b  14,5MPa;1,05

bt

- 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 thờng có 3 giải pháp kết cấu sàn: Sàn nấm, sàn sờn, sàn ô cờ

- Với sàn nấm: Khối lợng bê tông lớn nên giá thành sẽ cao, khối lợng công

trình lớn do đó kết cấu móng phải có cấu tạo tốt, khối lợng cũng vì thế mà tăng lên.Ngoài ra dới tác dụng của gió động và động đất thì khối lợng lợng 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 nh 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 nớc, cấp điện và điều hoà ta phải làm trần giả nên u

điểm này không có giá trị cao

- Với sàn sờn: Do độ cứng ngang của công trình lớn nên khối lợng bê tông khá

nhỏ  Khối lợng dao động giảm  Nội lực giảm  Tiết kiệm đợc bê tông vàthép cũng do độ cứng công trình khá lớn nên chuyển vị ngang sẽ giảm tạo tâm líthoải mái cho ngời sử dụng

Nhợc điểm của sàn sờn là chiều cao tầng lớn và thi công phức tạp hơn phong

án sàn nấm tuy nhiên đây cũng là phơng 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 lợng lợng công trình là nhỏ nhất nhng do thi công rất

phức tạp trong các công việc thi công chính nh lắp ván khuôn, đặt cốt thép, đổ bêtông v.v nên phong án này không khả thi

Qua phân tích, so sánh các phơng án trên ta chọn phơng án dùng sàn sờn toànkhối Dựa vào hồ sơ kiến trúc công trình, giải pháp kết cấu đã lựa chọn và tải trọngtác dụng lên công trình để thiết kế mặt bằng kết cấu cho các sàn Mặt bằng kết cấu

đợc thể hiện trên các bản vẽ kết cấu

1.3 Lựa chọn kích thớc, 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 thớc 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 1

0,8 3,9 3,9 0,067 6,7

45

b

Với sàn mái nhà dân dụng hmin  4cm

 chọn chiều dày mái h mai  7cm 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 tờng thu hồi

45

b

Với sàn nhà dân dụng hmin  5cm

 chọn chiều dày mái h S1  10cm cho sàn phòng học kích thớc 5,8 3,9m

b Kích thớc 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 1 2

1,2 2,1 2,1 0,06 6,0

44

b

Với sàn nhà dân dụng hmin  5cm

 chọn chiều dày mái h S2  6cm cho sàn hành lang kích thớc 3,9 2,1m

* Để đơn giản trong tính toán đồ án, chọn chiều dày của tất cả các sàn (sànmái, sàn phòng học, sàn hành lang) h S  10cm

Theo cấu tạo sàn ta có trọng lợng cho 1 m2 bản sàn:

daN m2

Hệ sốvợttải

TT tính toán

daN m2

Hệ sốvợttải

TT tính toán

daN m2

daN m2

TTTC dài hạn

daN m2

TTTC ngắn hạn

daN m2

Hệ

số ợt tải

v-TT tính toán

1.4 Lựa chọn giải pháp kết cấu chịu lực

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

- Hệ tờng chịu lực

Trong hệ này các cấu kiện thẳng đứng chịu lực của nhà là các tờng phẳng Tảitrọng ngang truyền đến các tấm tờng qua các bản sàn Các tờng cứng làm việc nhcác công xôn có chiều cao tiết diện lớn Giải pháp này thích hợp cho nhà có chiềucao lớn và yêu cầu về không gian bên trong không cao (không yêu cầu có khônggian lớn bên trong)

- Hệ khung chịu lực

Hệ này đợc 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 đợc nhợc điểm của

hệ tờng chịu lực

 Qua phân tích một cách sơ bộ nh trên ta nhận thấy mỗi hệ kết cấu cơ bảncủa nhà đều có những u, nhợc 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 thớc các tiết diện

1.5.1 Kích thớc tiết diện dầm

Kích thớc tiết diện dầm đợc xác định sơ bộ theo công thức:

1 1 ( ) ; 0,3 0,5

b Kích thớc tiết diện dầm ngang nhà BC

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

L L  m,

1 1 ( ).5,8 (0,48 0,72)

c Kích thớc tiết diện dầm ngang nhà AB

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

L L  m , m = 12, k 1

2,1 0,18 12

d

 chọn h d  0,3m, b d 0,3 0,5  h d  0, 22m

a KÝch thíc tiÕt diÖn cét biªn trong phßng (trôc C)

DiÖn tÝch truyÒn t¶i:

28422 1,1 215,62 14,5 10

Chän b ch c  22 30  cm; (

b KÝch thíc tiÕt diÖn cét trong phßng (trôc B)

DiÖn tÝch truyÒn t¶i:

Chän b ch c  22 30  cm; (

c KÝch thíc tiÕt diÖn biªn ngoµi phßng (trôc A)

DiÖn tÝch truyÒn t¶i:

Chän b ch c  22 22  cm; (

2

484

c

A  cm ) cho tÊt c¶ c¸c tÇng;

C B

A 1 2 3

580 0

1 2

3

C B

C22x3 0

C22 x

C22x3 0

C22x3 0

C22x3 0

C22x2 2

C22x2 2

C22x2 2

D30x5 0

D22x3 0

D30x5 0

D22x3 0

D30x5 0

D22x3 0

D22x3 0

D22x3 0

D22x3 0

D22x3 0

D22x3 0

D22x3 0

* Kiểm tra tiết diện cột theo độ mảnh

0

b

l b

b

l

l b

C B

A

0,45

-±0,0 0

+3,6 0

+7,2 0

+10,8 0

+14,4 0

D22x3 0

D22x3 0

D22x3 0

D22x3 0

D22x3 0

D22x3 0

D22x3 0

D22x3 0

D22x3 0

D22x3 0

D22x3 0

D30x6 0

D22x3 0

D30x6 0

D22x3 0

D30x6 0

D22x3 0

D30x6 0

D22x3 0

C22x3 0

C22x2 2

C22x3 0

C22x3 0

C22x2

C22x3 0

C22x2 2

C22x3 0

C22x3 0

C22x2 2

C22x3 0

- NhÞp tÝnh to¸n dÇm hµnh lang AB: l AB  2,1m

2.2.2 ChiÒu dµi tÝnh to¸n cña cét

C22x3 0

C22x3 0

C22x2 2

C22x3 0

C22x3 0

C22x2 2

C22x3 0

C22x3 0

C22x2 2

C22x3 0

C22x3 0

C22x2 2

D30x6 0

D22x3 0

D30x6 0

D22x3 0

D30x6 0

D22x3 0

D30x6 0

D22x3 0

210

CB

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

a Chiều dài tính toán cột tầng 1

chơng 3: Xác định tải trọng tính toán đơn vị 3.1 Tĩnh tải đơn vị

daN m2

Hệ sốvợttải

TT tính toán

daN m2

- Tải tờng có cửa có tính

daN m2

Hệ sốvợttải

TT tính toán

daN m2

- Tải tờng có cửa có tính

3.2 Hoạt tải đơn vị

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

chơng 4: Xác định tĩnh tải tác dụng vào khung

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

1 Do tải trọng từ sàn truyền vào dới dạng hình tam giác

với tung độ lớn nhất: g  tg 423 2,1 0,22    795

Đổi ra phân bố đều với: k 0,625

Giống nh mục 1,2,3 của G C đã tính ở trên 6855

2 Do trọng lợng sàn hành lang truyền vào:

1 Do trọng lợng bản thân dầm dọc:

2500 1,1 0,3 0,22 3,9      7082

Do trọng lợng sàn hành lang truyền vào (mục 2 của G B)

1431

3 Do lan can xây tờng 110 cao 900mm truyền vào:

296 0,9 3,9    1038

Cộng và làm tròn G  A 3177 4.2 Tĩnh tải tầng mái

1 2 3

22 0

A

G B

g h t

g t g

300

C B

g t 1

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

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

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

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

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

1 Do trọng lợng tờng thu hồi 110 cao trung bình 0,62m:

1

' 296 0,62

t

2 Do tải trọng từ sàn truyền vào dới dạng hình tam giác

với tung độ lớn nhất: g  tg 426 2,1 0,22    800

Đổi ra phân bố đều với: k 0,625

1

Giống nh mục 1,2 của C

m G

2 Do trọng lợng sàn nhỏ truyền vào:

1 Do träng lîng b¶n th©n dÇm däc:

2500 1,1 0,3 0,22 3,9      7082

Do träng lîng sµn nhá truyÒn vµo (môc 2 cña B

m G

m 683daN/

m

3630da N

3200da N

3300da N

2826daN/

m 497daN/

m

6855da N

7929da N

3177da N

A

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

chơng 5: xác định hoạt tải tác dụng vào khung 5.1 Trờng hợp hoạt tải 1

5.1.1 Hoạt tải 1 tầng 2 hoặc tầng 4

1 2 3

C B

A

C B

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

Bảng 5.1: Hoạt tải 1 tầng 2 hoặc tầng 4

1 2 3

C B

A

3000 6900

C B

Do tải trọng từ sàn truyền vào dới dạng hình tam giác

với tung độ lớn nhất: p  tg I 360 2,1 756  

Đổi ra phân bố đều với: k 0,625

1 2 3

C B

A

C B

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

Bảng 5.3: Hoạt tải 1 tầng mái

Do tải trọng từ sàn truyền vào dới dạng hình tam giác

với tung độ lớn nhất: p   tg mI 98 2,1 205 

Đổi ra phân bố đều với: k 0,625

5.2 Trờng hợp hoạt tải 2

5.2.1 Hoạt tải 2 tầng 2 hoặc tầng 4

1 2 3

C B

A

3000 6900

C B

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

Bảng 5.4: Hoạt tải 2 tầng 2 hoặc tầng 4

Do tải trọng từ sàn truyền vào dới dạng hình tam giác

với tung độ lớn nhất: 360 2,1 756

1 2 3

C B

A

C B

PB pht PC

C B

1 2 3

C B

A

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

Bảng 5.6: Hoạt tải 2 tầng mái

Do tải trọng từ sàn truyền vào dới dạng hình thang với

tung độ lớn nhất: mII 98 3,9 382

a Trờng hợp hoạt tải 1

183daN/m

246daN 395daN

395daN

675daN/m

1458daN 1458daN

850daN/m 1058daN1058daN

A

850daN/m 1058daN1058daN

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

b Trờng hợp hoạt tải 2

675daN/m

430daN 430daN

A

850daN/m

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

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 phơng pháp nội suy, ta xác định đợc hệ số k

Bảng 6.1: Bảng tính toán tải trọng gió

(daN m/ )

h q

186daN/

m 171daN/

m 156daN/

m 130daN/

m

248daN/

m 228daN/

m 207daN/

m 174daN/

m

496da N

288da N

C B

288da N

* Sơ đồ tải trọng gió trái tác dụng vào khung

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

* Sơ đồ tải trọng gió phải tác dụng vào khung

Hình 6.2: Sơ đồ tải trọng gió phải tác dụng vào khung

chơng 7: xác định nội lực

Sử dụng phần mềm Etabs (Sap) để tính toán nội lực cho khung với sơ đồ phần

Hình 7.2: Biểu đô mô men trờng hợp tĩnh tải

b Biểu đồ lực cắt (kN)

Hình 7.3: Biểu đô lực cắt trờng hợp tĩnh tải

c Biểu đồ lực dọc (kN)

Hình 7.4: Biểu đô lực dọc trờng hợp tĩnh tải

7.3 Biểu đồ nội lực trờng hợp hoạt tải 1

a Biểu đồ mô men (kN.m)

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

b Biểu đồ lực cắt (kN)

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

c Biểu đồ lực dọc (kN)

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

7.4 Biểu đồ nội lực trờng hợp hoạt tải 2

a Biểu đồ mô men (kN.m)

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

b Biểu đồ lực cắt (kN)

Hình 7.9: Biểu đô lực cắt trờng hợp hoạt tải 2

c Biểu đồ lực dọc (kN)

Hình 7.10: Biểu đô lực dọc trờng hợp hoạt tải 2

7.6 Biểu đồ nội lực trờng hợp gió trái

a Biểu đồ mô men (kN.m)

Hình 7.11: Biểu đô mô men trờng hợp gió trái

b Biểu đồ lực cắt (kN)

Hình 7.12: Biểu đô lực cắt trờng hợp gió trái

c Biểu đồ lực dọc (kN)

Hình 7.13: Biểu đô lực dọc trờng hợp gió trái

7.7 Biểu đồ nội lực trờng hợp gió phải

a Biểu đồ mô men (kN.m)

Hình 7.14: Biểu đô mô men trờng hợp gió phải

b Biểu đồ lực cắt (kN)

Hình 7.15: Biểu đô lực cắt trờng hợp gió phải

c Biểu đồ lực dọc (kN)

Hình 7.15: Biểu đô lực dọc trờng hợp gió phải

7.8 Bảng giá trị nội lực các trờng hợp tải trọng

Tổ hợp cơ bản đợc phân thành:

Với một phần tử dầm: ta tiến hành tổ hợp nội lực cho ba tiết diện (hai tiết diện

đầu dầm và một tiết diện giữa dầm) Trong phạm vi đồ án, ta tiến hành tổ hợp vàthiết kế cho 2 dầm ở tầng dới 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 dới cùng là 3 cột có nội lực lớn nhất, nguy hiểm nhất, cáccấu kiện cột ở tầng trên bố trí cốt thép giống cấu kiện cột ở tầng 2