bài tập lớn bê tông cốt thép

+ Nhược điểm: chiều cao dầm và độ võng của bản sàn lớn khi vượt khẩu độ lớn dẫn đến chiều cao tầng của công trình lớn gây bất lợi cho công trình khi chịu tải trọng ngang và không tiết ki

Nội dung bài tập lớn BTCT phần 2

Cho mặt bằng, mặt đứng công trình như hình vẽ kèm theo Yêu cầu:

1 Lập mặt bằng kết cấu cho sàn tầng 3 (chọn sơ bộ kích thước cột, dầm, sàn)

2 Hãy xác định tải trọng gió tác dụng lên khung trục 2 Cho biết địa điểm xây dựng tại

Chú ý: Thuyết minh được đánh máy khổ A4, nộp trước khi kết thúc môn học

Thuyết minh tham khảo xem bên dưới

GIẢI PHÁP KẾT CẤU

Phương án sàn

Trong công trình hệ sàn có ảnh hưởng rất lớn đến sự làm việc không gian của kết cấu.Việc lựa chọn phương án sàn hợp lý là rất quan trọng Do vậy,cần phải

có sự phân tích đúng để lựa chọn ra phương án phù hợp với kết cấu của công trình

a/ Phương án sàn sườn toàn khối:

Cấu tạo bao gồm hệ dầm và bản sàn

+ Ưu điểm: tính toán đơn giản,chiều dày sàn nhỏ nên tiết kiệm vật liệu bê tông và thép, do vậy giảm tải đáng kể do tĩnh tải sàn Hiện nay đang được sử dụng phổ biến ở nước ta với công nghệ thi công phong phú công nhân lành nghề, chuyên nghiệp nên thuận tiện cho việc lựa chọn công nghệ,tổ chức thi công

+ Nhược điểm: chiều cao dầm và độ võng của bản sàn lớn khi vượt khẩu độ lớn dẫn đến chiều cao tầng của công trình lớn gây bất lợi cho công trình khi chịu tải trọng ngang và không tiết kiệm chi phí vật liệu nhưng tại các dầm là các tường phân cách tách biệt các không gian nên vẫn tiết kiệm không gian sử dụng

b/ Phương án sàn ô cờ:

Cấu tạo gồm hệ dầm vuông góc với nhau theo hai phương, chia bản sàn thành các

ô bản kê bốn cạnh có nhịp bé, theo yêu cầu cấu tạo khoảng cách giữa các dầm không quá 2m

+ Ưu điểm: tránh được có quá nhiều cột bên trong nên tiết kiệm được không gian sử dụng và có kiến trúc đẹp,thích hợp với các công trình yêu cầu tính thẩm mĩ cao và không gian sử dụng lớn: hội trường,câu lạc bộ

+ Nhược điểm: không tiết kiệm, thi công phức tạp Mặt khác, khi mặt bằng sàn quá rộng cần bố trí thêm các dầm chính.Vì vậy,nó cũng không tránh được những hạn chế do chiều cao dầm chính phải cao để giảm độ võng

c/ Phương án sàn không dầm(sàn nấm):

Cấu tạo gồm các bản kê trực tiếp lên cột

+ Ưu điểm: chiều cao kết cấu nhỏ nên giảm được chiều cao công trình Tiết kiệm được không gian sử dụng, dễ phân chia không gian Thích hợp với những công trình có khẩu độ vừa (6-8m)

Kiến trúc đẹp, thích hợp với các công trình hiện đại

+ Nhược điểm: tính toán phức tạp, chiều dày sàn lớn nên tốn kém vật liệu, tải trọng bản thân lớn gây lãng phí Yêu cầu công nghệ và trình độ thi công tiên tiến Hiện nay, số công trình tại Việt Nam sử dụng loại này còn hạn chế

Kết luận

Qua sự phân tích ưu nhược điểm các phương án sàn như trên kết hợp với đặc điểm kiến trúc, kết cấu và tải trong của công trình em lựa chọn phương án sàn sườn toàn khối

- Tải trọng công trình được dồn tải theo tiết diện truyền về các khung phẳng, coi chúng chịu tải độc lập Cách tính này chưa phản ánh đúng sự làm việc của khung, lõi nhưng tính toán đơn giản, thiên về an toàn, thích hợp với công trình có mặt bằng dài

Kết luận:

Qua việc phân tích ưu nhược điểm của các hệ kết cấu chịu lực như trên, kết hợp với đặc điểm kiến trúc công trình của chúng ta là: Công trình Nhà gồm 5 tầng,

1 cầu thang bộ sự kết hợp của giải pháp kết cấu khung chịu lực có khả năng chịu tải cao cho các công trình cao tầng cỡ trung bình (nhỏ hơn 20 tầng) Dưới tác dụng của tải trọng ngang khung chịu cắt là chủ yếu tức là chuyển vị tương đối của các tầng trên là nhỏ, của các tầng dưới lớn hơn trong khi đó lõi và vách chịu uốn là chủ yếu, tức là chuyển vị tương đối của các tầng trên lớn hơn của các tầng dưới Điều này khiến cho chuyển vị của cả công trình giảm đi khi chúng làm việc cùng nhau

Với những ưu điểm đó ta quyết định chọn giải pháp Kết cấu khung bê tông cốt thép dầm sàn đổ toàn khối, bố trí các dầm trên các đầu cột và dầm phụ liên kết với dầm chính, thiết kế khung theo phương ngang nhà

SƠ BỘ CHỌN KÍCH THƯỚC TIẾT DIỆN

1 Sơ bộ chọn kích thước các bộ phận của sàn

+ D = (0,81,4) là hệ số phụ thuộc tải trọng, lấy D= 1,1

+ m = (4045) là hệ số phụ thuộc loại bản, Với bản kê 4 cạnh ta chọn m = 45 + lb: là nhịp theo phương cạnh ngắn nhất trong các ô bản, lb= 3,3 m

- Chiều cao dầm chọn theo công thức là: hd = d

d

l

m .Trong đó: (md = 8- 12 với dầm chính, md = 12- 20 với dầm phụ)

k = (1,2  1,5) đối với cấu kiện nén lệch tâm, (lấy k = 1,4)

- Bê tông cột cấp độ bền B20 có Rb= 11,5MPa

Khi tính N coi các dầm gắn lên cột là các dầm đơn giản truyền phải lực đầu dầm vào cột N là lực dọc tác dụng vào cột tầng 1

Diện tích truyền tải lớn nhất dồn vào cột trục B2 là 6,0 x 3,9m

Suy ra: N = Sqn Với (q= 8,00kN/m2 trong đó 8,00kN/m2 là tải phân bố lên 1m2sàn, giả thiết bằng 7,00 10,00 kN/m2,n là số tầng, n= 5 tầng)

Mà diện tích truyền tải là: S = 4,253,9 = 16,575m2



Hình 1: Mặt bằng truyền tải lên cột

c Kiểm tra ổn định của cột:

- Chiều dài làm việc của cột l0= 0,7.H với H = 3,6m

2 Cấu tạo và tải trọng của sàn :

a Cấu tạo sàn phòng, sàn hành lang, sảnh:

Bảng 1: Cấu tạo và tải trọng sàn phòng, hành lang, sảnh

(m)

 (kN/m3)

gtc(kN/m2) n

gtt(kN/m2)

Hình 3: Cấu tạo sàn khu vệ sinh

Bảng 2: Cấu tạo và tải trọng sàn WC

(m)

 (kN/m3)

gtckN(/m2) n

gtt(kN/m2)

35,1 0,48

Hình 4: Cấu tạo sàn tầng mái

Bảng 3: Cấu tạo và tải trọng sàn tầng mái

(m)

 (kN/m3)

gtc(kN/m2) n

gtt(kN/m2)

c Tải trọng các tường ngăn trên ô sàn khu vệ sinh:

- Tải trọng do tường gạch lỗ 110 xây trên sàn:

+ Do bản thân tường gạch lỗ 110:

1,2x0,11x18= 2,37(kN/ 2

m ) + Do lớp trát 2 mặt dày 20mm:

1,3.2.0,02.15= 0,78 (kN/ 2

m )

+ n = 1,3 khi tải trọng tiêu chuẩn < 200 (kN/m2)

+ n = 1,2 khi tải trọng tiêu chuẩn  200 (kN/m2)

*) Theo TCVN 2737- 1995 thì với các ô sàn thuộc các phòng thì hoạt tải được nhân với hệ số giảm tải nhưng do hệ số này nhỏ nên ta có thể bỏ qua

Bảng 4: Họat tải tác dụng lên sàn

THẾT KẾ KHUNG K2 TRỤC 2 4.I Chọn sơ bộ kích thước khung, các số liệu tính toán:

4.1 Các kích thước khung:

a Kích thước phương ngang: Theo kích thước kiến trúc

b Kích thước theo phương đứng:

- Thép chịu lực C- II có Rs= Rsc= 280 MPa, Es= 21 x104MPa

- Thép cấu tạo C- I có: Rs= Rsc= 225MPa

- Từ cấp độ bền của bê tông B20 và nhóm cốt thép cấu tạo C-I, tra phụ lục số

Hình 5: Sơ đồ khung K2 trục 2

III Xác định tải trọng

1 Tải trọng các lọai sàn:

- Tải trọng phân bố do sàn truyền vào khung dạng hình thang một phía được tính như sau: qtđ = k  qs  l10,5

Hình 6: Tải trọng phân bố do sàn truyền vào khung dạng hình thang

- Tải trọng truyền về phía cạnh dài theo phương cạnh ngắn

+ Đối với ô bản loại dầm được tính như sau: qtđ = qmax= 0,5 qs  l1

L2

Hình 7: Tải trọng truyền về phía cạnh dài theo phương cạnh ngắn

+ Tải trọng phân bố do sàn truyền vào khung dạng hình tam giác được tính như

8

td

q  q , mà : qmax= 0,5.qs.l1

m )

n

Tải trọng tính toán

Bảng 6: Cấu tạo và tải trọng sàn WC

(m)

 (kN/m3)

gtckN(/m2) n

gtt(kN/m2)

Bảng 7: Tải trọng sàn mái sê nô

(m)



(kN/m3)

Tải trọng tiêu chẩn

tính toán

gtc(kN/m2) n

gtt(kN/m2)

n

Tải trọng tính toán

TT Loại tải trọng Dày

m )

n

Tải trọng tính toán

IV Tính toán tải trọng tác dụng lên khung K2, trục 2:

- Tải trọng truyền vào khung gồm có tĩnh tải và hoạt tải , dưới dạng tải trọng phân

bố đều (q) và tải trọng tập trung (P)

a Tĩnh tải phân bố đều: Bao gồm:

- Trọng lượng bản thân sàn truyền vào, lấy theo kết quả tải trọng quy đổi

- Trọng lượng bản thân do dầm khung

- Lớp trát dầm khung

- Trọng lượng do tường xây trên dầm (nếu có)

b Tĩnh tải tập trung: Tác dụng lên nút khung bao gồm:

- Trọng lượng bản thân dầm dọc:Pdi= gixltinh

- Lớp trát đầm dọc

- Trọng lượng bản thân sàn, truyền vào dầm dọc, truyền vào nút khung:

Psi=Pgi=ggFi( Pgi đựơc lấy theo kết quả quy đổi)

- Tường xây trên dầm dọc (nếu có):Pti=gtix ltinh

- Trọng lượng bản thân cột: Pc=gcx htầng

c Hoạt tải sàn: Hoạt tải phân bố đều- là hoạt tải sử dụng trên sàn truyền vào dầm khung theo diện truyền tải hình thang, hình tam giác Ta lấy theo kết qua đã tính tải trọng quy đổi ở phần trước

d Hoạt tải tập trung: Truyền từ sàn vào dầm dọc và truyền vào nút khung như đã tính ở tải trọng quy đổi

g g g

Hình 8: Mặt bằng phân tải tầng 2, 3, 4

Bảng 12: Tải trọng phân bố đều

g21

Lớp trát dầm khung Phân bố đều 1,3x18x0,015x(0,22+2x(0,3-0,1))= 0,22 TLBT sàn truyền vào Hình thang (0,907x3,58x1,41x0,5)x2= 4,58

g22

Lớp trát dầm khung Phân bố đều 1,3x18x0,015x(0.22+2x(0,6-0,1))= 0,43 TLBT sàn truyền vào Hình thang (0,823x3,811x3,9x0,5)x2= 12,23

g23 TLBT dầm khung Phân bố đều 1,1x25x0,22x(0,3-0,1)= 1.21

g g g

Hình 9: Mặt bằng phân tải tầng 5 – tầng áp mái

Bảng 14: Tải trọng phân bố đều

TLBT dầm khung Phân bố đều 1,1x25x0,22x(0,3-0,1)= 1.21 gM1 Lớp trát dầm khung Phân bố đều 1,3x18x0,015x(0,22+2x(0,3-0,1))= 0,22

gM2

TLBT dầm khung Phân bố đều 1,1x25x0,22x(0,6-0,1)= 3,025 Lớp trát dầm khung Phân bố đều 1,3x18x0,015x(0.22+2x(0,6-0,1))= 0,43 TLBT sàn ô1 Hình thang (0,823x3,57x3,9x0,5)x2= 11,46

gM3 TLBT dầm khung Phân bố đều 1,1x25x0,22x(0,35-0,1)= 1,51

Lớp trát dầm khung Phân bố đều 1,3x18x0,015x(0.22+2x(0,35-0,1))= 0,25

Hình 10: Sơ đồ tĩnh tải tác dụng lên khung:

PM2 = PM3 = 5/8x0,91x3,9x0,5x3,9= 4,32

PM1= PM2 =0,828x0,91x2,5x0,5x3,9= 3,67

2.3 Kết quả hoạt tải tác dụng lên khung

Hình 15: Kết quả hoạt tải tác dụng lên khung trường hợp 1:

V Tải trọng gió:

a Tải trọng gió phân bố đều

Tải trọng gió gồm 2 thành phần tĩnh và động Đối với công trình dân dụng có chiều cao < 40 m thì chỉ cần tính với thành phần gió tĩnh Tải trọng gió phân bố trên 1 2

m bề mặt thẳng đứng của công công trình được tính như sau:

W = n  W0  k  c

Trong đó: n: Hệ số độ tin cậy n = 1,2

W0 : Giá trị áp lực gió tiêu chuẩn (công trình ở thành phố Vĩnh Long thuộc khu vực II-A có W0 = 0,83 (kN/ m2 )

K: Hệ số tính đến sự thay đổi áp lực gió theo chiều cao và dạng địa hình (lấy theo địa hình A- theo bảng 5 TCVN2737-1995)

C: Hệ số khí động: phụ thuộc vào tỉ số h1/l Ta có h1/l= 18,0/10,3= 1,747 (lấy theo mặt bằng nhà)

Với B: Bước gian (B = bước cột)= 3,9m

- Tính tải trọng gió phân bố đều:

Bảng 20: Bảng tính toán tải trọng gió phân bố đều

b Tải trọng gió tập trung

+ Với địa hình A, thành sênô ở độ cao 18,8m có hệ số độ cao k= 1,278

- Ta tính toán cho 2 trường hợp chất hoạt tải gió:

+ Gió thổi từ trái sang

+ Gió thổi từ phải sang

Hình 17: Sơ đồ gió trái:

Hình 18: Sơ đồ gió phải

VI Tổng hợp tải trọng tác dụng lên khung K3 trục 4:

1 Các tải trọng tác dụng lên khung Bao gồm:

a Phương án tải trọng 1 ( Tĩnh tải)

b phương án tải trọng 2 ( hoạt tải 1)

c Phương án tải trọng 3 ( hoạt tải 2)

d Phương án tải trọng 4 ( gió trái)

e Phương án tải trọng 3 ( gió phải)

Ta sử dụng chương trình SAP 2000 -V10 để tính nội lực cho khung

2 Tổ hợp nội lực:

Sau khi chạy chương trình SAP2000, thu được kết quả nội lực trong các tiết diện

do từng trường hợp tải trọng gây ra Trong quá trình chạy nội lực có thể thay đổi một số tiết diện nhưng vẫn giữ nguyên tải trọng (vì nó thay đổi không lớn và nội lực không thay đổi mấy) Ta có kết quả nội lực và tiết diện cuối cùng như sau

- Đối với cột cần phải tổ hợp tất cả các nội lực đó lại để tìm ra nội lực nguy hiểm nhất có thể xất hiện trong từng tiết diện cho mổi cột để tính thép cho cột

- Có hai loại tổ hợp cơ bản là: Tổ hợp cơ bản 1 và tổ hợp cơ bản 2

+ Tổ hợp cơ bản 1

gồm nội lực do tĩnh tải và nội lực một trong các hoạt tải

+ Tổ hợp cơ bản 2 gồm nội lực do tĩnh tải và nội lực các hoạt tải (hoạt tải sữ dụng

và hoạt tải gió)

- Trong mỗi tồ hợp cần xét 3 cặp nội lực nguy hiểm:

+ Cặp mô men dương lớn nhất và lực dọc tương ứng( Mmax và Ntư)

+ Cặp mô men âm nhỏ nhất và lực dọc tương ứng( Mmin và Ntư)

+ Cặp lực dọc lớn nhất và mô men tương ứng( Nmaxvà Mtư )

- Đối với tổ hợp cơ bản I:

+ Để xác định cặp thứ nhất, lấy nội lực do tĩnh tải cộng với nội lực do một hoạt tải

có giá trị mô men dương lớn nhất trong số các mô men do hoạt tải

+ Để xác định cặp thư hai, lấy nội lực do tĩnh tải cộng với nội lực do một hoạt tải

có giá trị mô men âm lớn nhất trong số các mô men do hoạt tải

+ Để xác định cặp thư ba, lấy nội lực do tĩnh tải cộng với nội lực do một hoạt tải có giá trị lực dọc lớn nhất

- Đối với tổ hợp cơ bản II:

+ Để xác định cặp thứ nhất, lấy nội lưc do tĩnh tải cộng với mọi nội lực do hoạt tải

có giá trị mô men dương

+ Để xác định cặp thứ hai, lấy nội lực do tĩnh tải cộng với mọi nội lực do hoạt tải

có giá trị mô men âm

+ Để xác định cặp thứ ba, lấy nội lưc do tĩnh tải cộng với mọi nội lực do hoạt tải gây ra lực dọc, ngoài ra còn lấy thêm nội lực của hoạt tải dù không gây ra lực dọc nhưng gây mô men cùng chiều với mô men tổng cộng đã lấy tương ứng với Nmax

Phương án chất tải

Tĩnh tải

Hoạt tải 1

Hoạt tải 2

Gió trái

Gió phải

TÍNH TOÁN CẦU THANG BỘ TẦNG 2 LÊN TẦNG 3

1 Lựa chọn Giải pháp kết cấu cầu thang:

+ Phải làm cốp pha dầm, nên việc thi công phức tạp và tốn kém

1.2 Cầu thang không có cốn:

1.3.Lựa chọn kết cấu cho cầu thang:

- Qua việc phân tích ưu nhược điểm của hai loại cầu thang trên, em lựa chọn giải pháp là cầu thang có cốn để thết kế cầu thang bộ trục A-B’

- Bản thang có chiều dài lớn ( 6m ) so với chiều rộng ( 3,3 m ) nên sử dụng giải pháp cầu thang có cốn sẽ hợp lý về mặt chịu lực và tiết kiệm vật liệu

2 Tính toán cầu thang

- Do cầu thang được tính theo sơ đồ khớp dẻo nên kích thước của các cấu kiện được xác định từ tim - tim

2.1 Chọn sơ bộ kích thước các bộ phận của cầu thang

Hình 1: Mặt bằng kết cấu cầu thang trục B-C

a Chiều dày bản thang và chiếu nghỉ được chọn theo công thức:

+ Chọn D= 1,3( D= 0,8- 1,4, phụ thuộc vào tải trọng)

Vậy chiều dày của bản thang là

+ Với bản chiếu nghỉ có nhịp l= 1445mm

+ Chọn D= 1,3 (D= 0,8- 1,4, phụ thuộc vào tải trọng)

Vậy chiều dày của bản chiếu nghỉ là:

Vậy chọn chiều dày bản thang, bản chiếu nghỉ là: hb= 10cm

b Lựa chọn kích thước cốn thang:

- Chiều cao cốn thang chọn sơ bộ theo kích thước:

Vậy tiết diện cốn thang chọn là: bxh= 10x35cm

c Lựa chọn kích thước dầm chiếu nghỉ, dầm chiếu tới:

Vậy chọn tiết diện dầm chiếu nghỉ và dầm chiếu tới là: bxh= 22x35cm

d Góc nghiêng của bản và kích thước của bậc thang:

Kích thước của bậc thang là: bxh= 30x15cm

2.2 Cấu tạo sàn chiếu nghỉ và bản thang:

Bản chiếu nghỉ và bản thang có cấu tạo các lớp như hình vẽ:

Hình 2: Cấu tạo sàn chiếu nghỉ và bản thang

2.2.1 Xác định tải trọng tác dụng lên bản chiếu nghỉ và bản thang:

a Tĩnh tải:

+ Tĩnh tải tác dụng lên bản thang:

+ Gọi m là số bậc thang trên 1m dài, ta có m= 1/0,30= 3,33 bậc

+ Tĩnh tải tác dụng lên bản thang gồm các thành phần:

Do lớp đá Granitô dày 10mm,  20(kN / m )3 , n= 1,1

g   h (b h ) m n  20 0,010 (0,30  0,15) 3,33 1,1 0,329kN / m  ( với bb và hb là chiều rộng của bậc thang đã chọn)

g     h n 18 0,015 1,3 0,351kN / m  

 Vậy tổng tĩnh tải là: