Đồ án bê tông cốt thép 2 HOÀN CHỈNH

Đồ án thiết kế công trình thấp tầng, đại học Bách Khoa tp HCM ...........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

- Trọng lượng cấu tạo sàn: gs = 3 kN/m2;n=1.1

- Tường xây trên dầm: chiều dày 100 mm, γt = 18 kN/m3, nt = 1.1;

- Cường độ tiêu chuẩn của đất nền: Rc = 200 kN/m2

II) TÍNH SÀN

2.1) Chọn sơ bộ kích thước các bộ phận sàn, dầm :

2.1.1) Tiết diện sàn

Chiều dày sàn được chọn dựa theo các yêu cầu sau:

Về mặt truyền lực: đảm bảo các giả thuyết sàn tuyệt đối cứng trong mặt phẳng của nó Độ cứng trong mặt phẳng sàn phải đủ lớn để khi truyền tải trọng ngang vào dầm cột … giúp chuyển vị ở các đầu cột là bằng nhau.

Về mặt cấu tạo: trong tính toán không xét đến yếu tố sàn bị giảm yếu do các lỗ khoan treo móc các thiết bị

kỹ thuật (ống điện, nước, thông gió, ).

Chiều dày bản sàn có thể xác định sơ bộ theo công thức sau:

D : Hệ số phụ thuộc vào tải trọng, D = (0.8 – 1.4)

m = 30 – 35 cho bản loại dầm với l là nhịp bản

m = 40 – 45 cho bản kê bốn cạnh với l là nhịp theo phương cạnh ngắn

m = 10 – 18 cho bản công xôn;

L1: Chiều dài cạnh ngắn của ô bản;

Theo Mục 8.2.2 TCVN 5574:2012: chiều dày bản sàn toàn khối được lấy không nhỏ hơn:

Đối với sàn mái: 40 mm

Đối với sàn nhà ở và công trình công cộng: 50 mm

Đối với sàn giữa các tầng của nhà sản xuất: …….60 mm

Xác định sơ bộ chiều dày bản sàn:

D = 0.8 – 1.4, là hệ số phụ thuộc vào tải trọng

m = 12 – 20 khi tải trọng là nhỏ hoặc trung bình (dầm phụ)

m = 8 – 12 khi tải trọng là lớn (dầm chính)

m = 5 – 8 đối với dầm console, các mút thừa trong dầm liên tục

h: chiều cao dầm tương ứng

* Đối với dầm ngang

Nhịp A-B và D-E

875 583 7000 ) 8

1 12

1 ( ) 8

1 12

1 ( ÷ 1= ÷ = ÷

hd

chọn hd = 600 mm

150 300 600 ) 4

1 2

1 ( ) 4

1 2

1 12

1 ( ) 8

1 12

1 2

1 ( ) 4

1 2

1 12

1 ( ) 8

1 12

1 ( ÷ 1= ÷ = ÷

hd

chọn hd = 600 mm

150 300 600 ) 4

1 2

1 ( ) 4

1 2

1 12

1 ( ) 8

1 12

1 2

1 ( ) 4

1 2

C họn sơ bộ kích thước tiết diện cột

Số tầng: 4, Bê tông B20: Rb = 11.5 MPa, Rbt = 0.9 MPa

Theo Mục 2.5.4 TCXD 198:1997: Độ cứng đơn vị và cường độ của kết cấu nhà cao tầng được thiết kế đều hoặc thay đổi giảm dần lên phía trên, tránh thay đổi đột ngột Độ cứng của kết cấu ở tầng trên không giảm quá 30% độ cứng của kết cấu ở tầng dưới kề nó.

Tính sơ bộ tiết diện cột:

A: diện tích tiết diện ngang cột;

k = 1÷1.5 : Hệ số kể đến tác động của tải ngang, phụ thuộc vị trí cột;

N : Lực nén tác dụng lên cột;

Rb : Cường độ chịu nén của bêtông;

m : Số tầng phía trên tiết diện cột đang xét;

S : Diện truyền tải của sàn tác dụng lên cột;

qs : Tổng tải trọng của sàn; (kN/m2)

Gt, Gd, Gc : trọng lượng bản thân tường, dầm, cột;

Do đây là bước chọn tiết diện sơ bộ nên ta chỉ cần tính lực nén N theo công thức:

N = mq S

q : Tổng tải trọng sơ bộ trên sàn,(kN/m2); q = 8 ~ 15 kN/m2 (chọn theo kinh

nghiệm)

Kích thước tiết diện của cột chọn theo bội số của 50 mm

Đối với công trình này gồm 6 tầng nên thay đổi tiết diện một lần Mỗi lần giảm tiết diện, không giảm quá 30% độ cứng.

*Để hài hòa về mặt kiến trúc cũng như đơn giản cho việc thi công và đảm bảo an toàn trong quá trình sử dụng, do đó sinh viên quyết định chọn 2 vùng truyền tải đại diện để thiết kế cho toàn bộ cột:

+ Chọn A vùng 1 = 33.06 m2 để thiết kế cho các cột B3, B4, C2, C3, C4, D2, D3, D4, E3.

+ Chọn A vùng 2 = 13.5 m2 đề thiết kế cho các cột A3, A4, A5, B1, B2, B5, C1,C5, D1, D5, E2, E4.

3.1.1) Tính toán và chọn kích thước tiết diện

2.2) Thiết lập sơ đồ tính

Từ kết quả chọn sơ bộ,

ta có tỷ số giữa chiều cao tiết diện dầm và chiều dày sàn lớn hơn

3,

ô bản sàn có liên kết 4 cạnh ngàm với dầm.

3

d s

h

h ≥

: liên kết ngàm

+ Xét các ô sàn có tỉ số 2 cạnh ô bản sàn :

2 1

Bản dầm Bản kê

Ô bản sàn

2 x 1.2 = 2.4 kN/m2

Tổng tải trọng tính toán tác dụng lên sàn q

Tính toán theo sơ đồ đàn hồi ô bản đơn :

- Tổng tải trọng tác dụng lên ô bản: Qs = qstt x L1 x L2 (kN)

- L1, L2 lần lượt là khoảng cách từ trục đến trục theo phương cạnh ngắn và cạnh dài của ô bản.

- Bản thuộc loại bản 4 cạnh ngàm: tra ô bản số 9 ứng với tỉ số L2/L1 ta được các hệ số m91, m92, k91, k92.

- Tính các giá trị moment theo công thức:

Sơ đồ đàn hồi, ô bản đơn

(kN/m2)

L1

(m )

L2 (m)

+ Ô sàn loại bản dầm

Tính toán theo sơ đồ đàn hồi

Biểu đồ moment tính theo sơ đồ đàn hồi

µ (%) Chọn thép

Nội lực của ô bản cần tính võng, nứt được xác định như phần tính toán nội lực với tải trọng tính toán nhưng ở đây ta sử dụng tải trọng tiêu chuẩn

* Quy trình kiểm tra sự hình thành vết nứt:

Để an toàn và thuận tiện trong tính toán ta tính , kiểm tra vết nứt tại nhịp và gối theo cấu kiện chịu uốn và vết nứt vuông góc

Điều kiện tiết diện chịu uốn không hình thành vết nứt được tính toán theo công thức sau:

E E

- Moment tĩnh của Ared

lấy đối với trục qua mép chịu nén.

− - Moment chống uốn của tiết diện lấy đối với mép chịu kéo

Kiểm tra ô sàn theo điều kiện không bị nứt: Mr = Mc ≤ Mcrc

Nếu sàn bị nứt ta kiểm tra điều kiện bề rộng vết nứt cho phép

Với sàn có điều kiện chống nứt cấp 3: ta có bề rộng vết nứt cho phép acrc( )1 ≤ acrc1; acrc ≤ acrc2

acrc : chiều rộng khe nứt

δ : hệ số tùy thuộc loại cấu kiện : uốn, nén lẹch tâm: 1; kéo: 1.2

φl : hệ số xét đến tính chất tác dụng cảu tải trọng:

ngắn han: 1; dài hạn với độ ẩm tự nhiên : 1.6 - 15μ

2.

6 1 Kiểm tra nứt ở giữa nhịp sàn

η =1.3: hệsố xét đến tính chất bề mặt của cốt thép: thép thanh tròn trơn

BẢNG TÍNH MOMENT

Ô

SÀN  (MPa) x0 (m) Ib (m4) I'b (m4) Is (m4) Ired (m4) r (m) Mrp (kN

m)

4 40 0.049 4.4217E-05 3.921E-05 2.84456E-07 0.0000836 0.016 0.556

KẾT QUẢ KIỂM TRA Ô SÀN

- Tính nứt cho các trường hợp tác dụng của tải trọng

*Số liệu và công thức tính nứt

z A

M

h z

bh R

M bh

A

x

x E

E

mm d

s

c s

ser

b

c s

b

s

1

0 2

2

2 0

1 '

0

3 4

2 1

10

) (

5 1 8

.

1

1

0037

0 80 1000 296

778 7 10

27

10 21

8

µα λ δ ξ

.

0 2

2

2 0

1 '

0

3 4

3 102302

10

) (

5 1 8

.

1

1

0

0037

0 80 1000 296

9 0 _

778 7 10

27

10 21

mm A

bxh

A

A E A

E z

h z

bh R

M bh

A

x

x E

E

s red

b

red b b

b s

s

s o

c

m ls s

c

pl ser bt

b b

s

= +

φ

ξ ξ

µα λ δ ξ

δ

ψ µ

ψ α

*Độ cong toàn phần :

= + +

=

3 2

1

1 1

1

1

r r

r

Độ võng:

[ ] f mm mm

x l

r

f 1 25 10 7000 12 76 25

48

1 1

III TÍNH TOÁN VÀ BỐ TRÍ THÉP CHO KHUNG TRỤC B

3.1) C họn sơ bộ kích thước tiết diện cột

Số tầng: 4, Bê tông B20: Rb = 11.5 MPa, Rbt = 0.9 MPa

Theo Mục 2.5.4 TCXD 198:1997: Độ cứng đơn vị và cường độ của kết cấu nhà cao tầng được thiết kế đều hoặc thay đổi giảm dần lên phía trên, tránh thay đổi đột ngột Độ cứng của kết cấu ở tầng trên không giảm quá 30% độ cứng của kết cấu ở tầng dưới kề nó.

Tính sơ bộ tiết diện cột:

A: diện tích tiết diện ngang cột;

k = 1÷1.5 : Hệ số kể đến tác động của tải ngang, phụ thuộc vị trí cột;

N : Lực nén tác dụng lên cột;

Rb : Cường độ chịu nén của bêtông;

m : Số tầng phía trên tiết diện cột đang xét;

S : Diện truyền tải của sàn tác dụng lên cột;

qs : Tổng tải trọng của sàn; (kN/m2)

Gt, Gd, Gc : trọng lượng bản thân tường, dầm, cột;

Do đây là bước chọn tiết diện sơ bộ nên ta chỉ cần tính lực nén N theo công thức:

N = mq S

q : Tổng tải trọng sơ bộ trên sàn,(kN/m2); q = 8 ~ 15 kN/m2 (chọn theo kinh

nghiệm)

Kích thước tiết diện của cột chọn theo bội số của 50 mm

Đối với công trình này gồm 6 tầng nên thay đổi tiết diện một lần Mỗi lần giảm tiết diện, không giảm quá 30% độ cứng.

*Để hài hòa về mặt kiến trúc cũng như đơn giản cho việc thi công và đảm bảo an toàn trong quá trình sử dụng, do đó sinh viên quyết định chọn 2 vùng truyền tải đại diện để thiết kế cho toàn bộ cột:

+ Chọn Avùng 1 = 33.06 m2 để thiết kế cho các cột B3, B4, C2, C3, C4, D2, D3, D4, E3.

+ Chọn Avùng 2 = 13.5 m2 đề thiết kế cho các cột A3, A4, A5, B1, B2, B5, C1,C5, D1, D5, E2, E4.

3.1.1) Tính toán và chọn kích thước tiết diện

3.2) Xác định tải trọng tác dụng

3.2.1) Tĩnh tải do trọng lượng bản thân tường

Trọng lượng tường tính theo công thức:

128 7 18 1 1 6 3 1

=

gt t t tγt (kN/m)

(dùng tường ở dâm 200x400 tính cho cả tường ở dầm 300x600)

Trong đó: bt = 0.1m là bề rộng tường.

ht = 4 - 0.4 = 3.6 (m) là chiều cao tường.

nt =1.1 là hệ số vượt tải.

gt = 18kN/m3 là trọng lượng riêng của tường.

Khu vực ban công có tường cao 1m

98 1 18 1 1 1 1

Mặt đón gió theo phương X: B=23 m

Mặt đón gió theo phương Y: B=22 m.

Tổng tải trọng lên sàn: chọn q = 10kN/m2

Tên cột Tầng S (m2) m k N (kN) A (mm2)

Chọn tiết diện ( mm x mm)

i i i

h h

h = + +

với hi, hi+1 là chiều cao 2 tầng trên và dưới của sàn đang xét + Wo là giá trị áp lực gió tiêu chuẩn lấy theo biểu đồ phân vùng theo địa danh hành chính [Phụ lục E – TCVN 2737:1995].

Địa điểm xây dựng: Vũng Tàu, thuộc vùng gió II-A: wo = 0.95 – 0.12 = 0.83 kN/m2

+ n là hệ số tin cậy của tải trọng gió, n = 1.2 [Mục 6.3 – TCVN 2737:1995].

+ k là hệ số khí động [Bảng 6 – TCVN 2737:1995]

+Phía đón gió c = + 0.8, Phía khuất gió c = - 0.6 -> Tính chung cho cả 2 phía c = 1.4 + k là hệ số thay đổi áp lực gió theo độ cao, [Bảng 5 – TCVN 2737:1995] với dạng địa hình A nội suy ta có bảng hệ số k tại các cao độ Z:

Để dễ dàng gán tải trọng trong ETABS ta sẽ để phần mền tự tính trọng lượng bản thân sàn dầm cột

Do đó ta chỉ gán tĩnh tải của các lớp cấu tạo sàn mà không có lớp bê tông

Tĩnh tải tính toán của các lớp cấu tạo sàn mà không có lớp bê tông bằng:

- Các hệ số tổ hợp được lấy theo [Mục 2.4 - TCVN 2737: 1995] Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế, gồm tổ hợp 1 đến tổ hợp 17.

Các trường hợp tải trọng được định nghĩa trong phần mềm Etabs:

+ Tĩnh tải: Kí hiệu : TT

+ Hoạt tải: Kí hiệu: HT

+ Gió tác dụng theo phương X: Kí hiêu: GIOX

+ Gió tác dụng theo phương Y: Kí hiệu: GIOY

Trong các trường hợp tải trọng, sinh viên có xét đến thành phần gió xiên theo góc 45o so với phương X và phương Y Bảng tổ hợp nội lực:

Hoạt tải sàn (kN/m2) Tải tường (kN/m) Tải gió (kN/m)

tt s

STT Tổ hợp TT HT GIOX GIOY

3.3.2Phân tích kết cấu sử dụng phần mềm Etabs:

+ Cột và dầm được mô hình bằng phần tử Frame.

+ Sàn được mô hình bằng phần tử Shell.

+ Trọng lượng bản thân kết cấu do phần mềm Etabs tính tự động được người dùng khai báo + Trọng lượng các lớp cấu tạo sàn được khai báo phân bố đều trên sàn.

+ Trọng lượng bản thân tường được gắn trực tiếp lên dầm.

+ Cột được ngàm tại móng (cách mặt đất 1.5m)

+ Thành phần tĩnh của tải trọng gió được gán vào tâm khối lượng hay tâm hình học của sàn tầng tương ứng.

3.3.3Các bước thiết lập mô hình và khai báo tải trọng trong Etabs như sau:

Bước 1: Khai báo:

+ Vật liệu: bê tông B20

Define/Material Properties/Add New Material/Thiết lập các thông số như hình sau:

18 BAO Tổ hợp bao từ TH1 đến TH17

Nhấn OK, và thiết lập các thông số khác:

+ Tiết diện:

- Cột, dầm:

Define/Section Properties/Frame Sections/

Thiết lập các thông số kích thước tiết diện cột, dầm:

-Sàn:

Define/Section Properties/Slab Sections/

Thiết lập các thông số kích thước sàn:

+ Các trường hợp tải trọng:

Define/Load Pattern/Thiết lập các trường hợp tải trọng

+ Tổ hợp tải trọng:

Define/Load CombinationS/Thiết lập các tổ hợp tải trọng

+ Sàn tuyệt đối cứng:

Chọn tất cả sàn/Assign/Shell/diaphragms/

BƯỚC 2: VẼ MÔ HÌNH

SƠ ĐỒ KHUNG TRONG ETABS

+ Tải tường:

Chọn các dầm có tường/Assign/ Frame Loads /Distributed Gán các thông số tải tương ứng

 BƯỚC 5 :CHẠY CHƯƠNG TRÌNH VÀ TÍNH TOÁN KẾT QUẢ

5.TÍNH TOÁN VÀ BỐ TRÍ CỐT THÉP

Hình 21 Sơ đồ bố trí cột khung trục B

Hình 22 Biểu đồ bao momen Mx dầm khung trục A

Nhận xét:

Biểu đồ momen của dầm có dạng căng thớ dưới ở nhịp và thớ trên đối với gối cho tính hợp lý của sơ đồ tính, xem nút khung là nút cứng Biểu đồ bậc 2 do tải trọng là phân bố đều trên dầm Momen dầm sàn trên cùng nhỏ do dầm sàn trên cùng không chịu tải tường Momen các cấu kiện tăng từ trên xuống do anh hưởng của tải gió không đều.

Hình 23 Biểu đồ bao lực dọc cột khung trục 2 Nhận xét:

Lực dọc có dạng bậc nhất, tăng dần từ tầng 4 đến chân cột Kết quả nhỏ hơn so với kết quả nội lực tính được trong phần chọn tiết diện cột do ta lấy tổng tải tính toán q = 10kN/m2 nhưng thực tế hợp lực tác dụng lên cột nhỏ hơn so với q (thiên về an toàn).

5.1.2 Lý thuyết tính toán a Đặc trưng vật liệu

-Bê tông: Cấp độ bền bê tông B20 có: Rb = 11.5 MPa, Rbt = 0.9 MPa

Rbt,ser = 1.4 MPa, Rb,ser = 15 MPa, Eb = 27000 MPa -Cốt thép: d ≤ 10mm chọn CI

Tính toán cốt thép cho các kết cấu dầm theo công thức tính toán cấu kiện chịu uốn trong trường hợp đặt cốt thép đơn.

-Hệ số điều kiện làm việc γb = 1 , thép CII, Bêtông B20

-Nếu thỏa thì tính giá trị: ξ = − − 1 1 2 α

-Tính diện tích cốt thép yêu cầu:

0

b s

s

R bh A

µ = ×

, -Kiểm tra hàm lượng cốt thép: µmin = 0.05% ≤ ≤ µ µmax

1 11.5

280

b b R s

R R

γ

-Kiểm tra hàm lượng cốt thép hợp lý: 0.8% đến 1.5%

-Kiểm tra lại giá trị a giả thiết sau khi chọn thép.

-Nếu Q < Qbo: bê tông đủ khả năng chịu cắt, cốt dai đạt theo cấu tạo.

-Nếu Q < Qbo: bê tong chưa đủ khả năng chịu cắt, cần tính toán cốt đai.

-Kiểm tra ứng suất nén chính: Qmc = 0.3 ϕ ϕ γw1 b1 b bR bh0, giả thiết hệ số φwl = 1 – 1.3.

Nếu Q > 0.7Qmc : tăng kích thước tiết diện hoặc cấp độ bền bêtông

Nếu Q < 0.7Qmc : tính toán cốt đai chịu cắt.

Tính chiều dài hình chiếu tiết diện nguyên nguy hiểm

2 2

min

1 1

b b f n b bt

b f n b bt o b

b b

R bh Q

o o

Q Q Q q

sw

R A s

150

ct

h s

-Khoảng cách thiết kế của cốt đai là s ≤ min ( s stt, max, sct)

-Khoảng cách cốt đai ở nhịp theo cấu tạo:

3 min 4 300 500

w w1 1 5 s s 1.3

ϕ = − γ - Hệ số xét đến ảnh hưởng của bê tông đối với bê tông nặng

c) Tính toán đoạn neo cốt thép

Theo TCVN 5574:2012:

- Đoạn neo thép từ dầm vào cột : ≥ 30d

- Đoạn nối chồng thép dầm: ≥ 30d ( ở vùng kéo) và ≥20d ( ở vùng nén)

- Chiều dài đoạn cắt thép từ gối ra nhịp dầm: ≥ L/4

Tiết diện chịu các giá trị nội lực N, Mx, My, độ lệch tâm ngẫu nhiên eax, eay

Sau khi xét uốn dọc theo 2 phương, tính được hệ số ( η ηx, y) Moment đã gia tăng Mx1, My1 được tính như sau: Mx1= ηxM Mx; y1 = ηyMy

Tùy theo tương quan giữa Mx1, My1 với kích thước các cạnh mà đưa về một trong hai mô hình tính toán ( theo phương x hoặc y).

Điều kiện x1 y1

x y

M M

x y

M M

C < C

,,0.2

-Hệ số điều kiện làm việc γb = 1

-Giả thiết sơ bộ chiều dày a, tính được h0 = − h a ; z = − h 2 a

-Tính toán cho trường hợp đặt cốt thép đối xứng: 1 b

N x

R b

= -Hệ số m0 được xác định như sau:

-Độ lệch tâm 1

M e N

e h

ε =

dựa vào ε để chia bài toán thành các trường hợp tính toán sau:

Trường hợp 1: Nén lệch tâm rất bé khi ε ≤ 0.3 tính toán gần như nén đúng tâm. -Hệ số ảnh hưởng đến độ lệch tâm γc: γc ( 0.5 1 ) ( 2 )

sc b

N

R bh A

γ

ϕ −

≥

− (Cốt thép dọc đặt đều theo chu vi)

Trường hợp 2: Nén lệch tâm bé khi 1 0

0.3

R

εξ

ε =

-Diện tích toàn bộ cốt thép dọc là

0

20.4

b st

sc

x

Ne R bx h A

e h

ε ξ

- Kiểm tra hàm lượng cốt thép hợp lý: µhl = 1% 3% −

Kiểm tra lại giá trị a giả thiết sau khi chọn cốt thép

b) Tính toán cốt đai

-Kiểm tra khả năng chịu că của bê tông: Qbmin = 0.5 ϕb4( 1 + ϕn) R bhbt 0

-Nếu Q ≤ Qbo : Chọn cốt đai theo cấu tạo.

-Nếu Q > Qbo : tính cốt đại như cấu kiện chịu uốn (như tính toán cho dầm ở bên trên)

-Đường kính cốt đai:

6 max

-Trong đoạn nối thép ta bố trí cốt đai theo tiêu chuẩn: s ≤ 10d

c) Tính toán đoạn neo, nối cốt thép

Theo TCVN 5574:2012:

- Đoạn neo thép từ dầm vào cột : ≥ 30d

- Đoạn nối chồng thép cột : ≥ 30d

- Tại nơi có tiết diện cột thay đổi nếu: tanα > 1/6: ta không được uốn thép mà phải tách ra 2 cây riêng biệt với đoạn neo hợp lý.

5.2 TÍNH TOÁN KHUNG TRỤC B

5.2.1 Tính toán cốt thép dầm: