Huong dan do an KC BTCT p1

huong dan do an btct1 .

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

KHOA XÂY DỰNG

BỘ MÔN KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP VÀ GẠCH ĐÁ

HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ SÀN SƯỜN

TOÀN KHỐI

HÀ NỘI, 2018

1

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ THIẾT KẾ SÀN SƯỜN BÊ TÔNG CỐT THÉP TOÀN

KHỐI 2

1.1 Cấu tạo sàn sườn bê tông cốt thép toàn khối 2

1.2 Các bước thiết kế sàn sườn bê tông cốt thép toàn khối 2

1.3 Phân biệt bản một phương (bản loại dầm) và bản hai phương 4

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ SÀN SƯỜN BÊ TÔNG CỐT THÉP CÓ BẢN MỘT PHƯƠNG 8

2.1 Lựa chọn kích thước các cấu kiện 8

2.2 Xác định sơ đồ tính, tải trọng 9

2.3 Tính nội lực trong các cấu kiện 13

2.4 Tính toán tiết diện bê tông cốt thép 19

2.5 Vẽ biểu đồ bao vật liệu 27

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ SÀN SƯỜN BÊ TÔNG CỐT THÉP CÓ BẢN HAI PHƯƠNG 31

3.1 Sơ đồ kết cấu và sự làm việc của bản 31

3.2 Cấu tạo cốt thép 33

3.3 Tính bản sàn 34

3.4 Tính dầm của bản hai phương: 37

PHỤ LỤC

2

CỐT THÉP TOÀN KHỐI

Sàn sườn bê tông cốt thép (BTCT) toàn khối gồm bản và dầm được đúc liền khối với nhau Biên của sàn có thể là tường chịu lực hoặc dầm đúc liền khối với bản

B-B

1 4

4

4

Hình 1 Các bộ phận của sàn có hệ dầm chính phụ:

1 Bản sàn, 2 Dầm chính, 3 Dầm phụ, 4 Tường

Thiết kế sàn sườn BTCT toàn khối gồm thiết kế bản và thiết kế dầm (sườn)

Trình tự thiết kế sàn giống như thiết kế các kết cấu BTCT khác bao gồm các bước sau:

- Bước 1: Lập mặt bằng kết cấu sàn

Thể hiện trên mặt bằng vị trí các dầm, tường và cột Thường hệ kết cấu có

các dầm khung nối từ cột đến cột và các dầm đỡ tường Nếu ô sàn kích thước lớn có thể bổ sung các dầm phụ để chia nhỏ ô sàn Không nên để kích thước ô bản lớn vì ô bản lớn có độ võng lớn, dễ nứt vượt mức cho phép Ngoài ra, ô bản có kích thước lớn sẽ có nội lực phát sinh do co ngót, do thay đổi nhiệt độ lớn mà không tính toán đầy đủ được

3

- Bước 2: Lựa chọn kích thước tiết diện các cấu kiện

Bản và dầm trong sàn là cấu kiện chịu uốn nên chiều cao tiết diện thường chọn theo kích thước nhịp Nhịp lớn sẽ cần chiều cao tiết diện lớn và ngược lại Chiều rộng tiết diện chọn dựa vào chiều cao sao cho tiết diện phù hợp với ý đồ kiến trúc, đủ khoảng cách bố trí cốt thép và dễ thi công

- Bước 3: Xác định sơ đồ tính, tải trọng của từng cấu kiện

Cần trình bày rõ cách thức truyền tải của kết cấu Bản sàn chịu tải đứng sẽ truyền tải tới các liên kết biên của bản là dầm hoặc tường Dầm truyền tải xuống dầm đỡ nó hoặc tường và cột Tường và cột truyền tải xuống móng Như vậy dầm và tường là gối tựa của bản Gối tựa này thực tế có cả chuyển

vị đứng và xoay Để tính đúng cần đưa mô hình tính không gian có đủ bản sàn, dầm, cột và tường Tuy nhiên trong tính toán bản, có thể coi dầm và tường đỡ sàn không có chuyển vị đứng vì cách này tính đơn giản và thực tế cho thấy vẫn an toàn Các dầm đỡ sàn được đỡ bởi tường và (hoặc) cột Khi chỉ có tải đứng thì có thể coi tường và cột là các gối tựa không có chuyển vị đứng Khi có tải ngang tác dụng thì tường và cột sẽ có chuyển vị ngang và truyền nội lực đến dầm sàn nên cần tính toán theo mô hình kết cấu không gian Trong phạm vi đồ án thiết kế kết cấu sàn, coi tải ngang là do hệ thống tường bao ngoài chịu không truyền vào hệ thống dầm và cột bên trong nên

có thể tách riêng từng dầm để tính toán

- Bước 4: Tính nội lực trong các cấu kiện

Có thể coi vật liệu là đàn hồi tuyến tính và tính nội lực các cấu kiện như đã học ở môn cơ học kết cấu: tính nội lực dầm theo phương pháp lực, phương pháp chuyển vị hay dùng các phần mềm PTHH Tính nội lực bản bằng cách dùng phần mềm PTHH mô phỏng bản hoặc dùng lý thuyết tấm, hoặc sử dụng các bảng tra sẵn Tuy nhiên, bê tông cốt thép có tính dẻo nên có thể tính nội lực có kể đến phân phối lại nội lực do hình thành các khớp dẻo Phương pháp tính nội lực này gọi là tính theo sơ đồ khớp dẻo

- Bước 5: Tính toán tiết diện bê tông cốt thép

Dựa vào nội lực trong bản và dầm gồm mô men uốn, lực cắt và mô men xoắn (thường có ở các dầm biên), tính cốt thép chịu các nội lực đó Thường tính cốt dọc chịu mô men, cốt đai chịu lực cắt, cốt dọc và cốt đai chịu mô men xoắn Sau khi tính ra diện tích cốt thép cần kiểm tra hàm lượng cốt thép, nếu hàm lượng không hợp lý thì cần thay đổi tiết diện cấu kiện và tính lại nội lực và cốt thép

- Bước 6: Thiết kế chi tiết, thể hiện bản vẽ

4

Lựa chọn cốt thép đảm bảo cả yêu cầu tính toán và yêu cầu cấu tạo Thể hiện mặt bằng, mặt cắt và các chi tiết bố trí cốt thép của cấu kiện Hình vẽ phải rõ ràng, đầy đủ ký hiệu thép, các kích thước, loại vật liệu

Tính chất làm việc của bản phụ thuộc vào kích thước bản và kiểu liên kết

Bản một phương (bản loại dầm)

Khi bản chỉ có liên kết ở 1 cạnh hoặc 2 cạnh đối diện, tải trọng tác dụng lên bản chỉ được truyền theo phương có liên kết Bản chỉ làm việc theo một phương ta gọi là bản một phương hay bản loại dầm

Hình 1 Sơ đồ tính của bản loại dầm

Hình 2 Cắt một dải bản tính như dầm

Bản hai phương (bản kê 4 cạnh)

Khi bản có liên kết ở cả 4 cạnh (hoặc ở 2 hoặc 3 cạnh không đối diện), tải trọng được truyền theo cả hai phương Ta gọi loại bản này là bản hai phương hay bản

kê 4 cạnh (làm việc theo 2 phương)

5

Hình 2 Sơ đồ tính của bản hai phương

Hình 3 Biến dạng của bản có liên kết cả bốn cạnh Một số bản liên kết cả hai phương nhưng kích thước hai phương chênh lệch nhiều thì bản gần như chịu uốn một phương và cũng được coi là bản một phương

Xét một bản có liên kết 4 cạnh là kê tự do, chịu tải trọng phân bố đều q,

gọi tải trọng truyền theo phương cạnh bé l1 là q1

gọi tải trọng truyền theo phương cạnh lớn l2 là q2

Ta có q1 + q2= q (1) Cắt một dải bản có bề rộng bằng đơn vị tại chính giữa bản theo hai phương Độ võng tại chính giữa mỗi dải + theo phương l1 =

4

1 1 1

5 384

q l f

EJ

4

2 2 2

5 384

q l f

EJ

6

Điểm giữa hai bản có cùng độ võng f2 = f1 →q1l14 =q2l24 (2)

l l

l

2

4 1

4 2 1

+

l l

l

2

4 1

4 1 2

+

1

4 2

2 max

291

M l

M l

Chứng tỏ tải trọng chủ yếu truyền theo phương cạnh ngắn l1 (gây uốn theo phương cạnh ngắn l1) M2 khá bé so với M1, có thể bỏ qua sự làm việc theo cạnh dài và tính toán như bản một phương Trong tính toán thực hành có thể tính toán theo bản một phương khi l2/l1 ≥ 2 Khi l2/l1 < 2 cần tính bản làm việc theo hai phương

Cũng có thể coi một ô bản có liên kết cả bốn cạnh thì diện truyền tải của bản tác dụng lên các cạnh như Hình 4 Khi cạnh dài của ô bản lớn hơn nhiều cạnh ngắn thì tải trọng gần như truyền hết vào liên kết cạnh dài (tải trọng truyền theo phương cạnh ngắn) và bản làm việc giống bản một phương

7 Vậy từ đây trở đi, khi bản được liên kết 4 cạnh mà tỉ số l2/l1≥ 2 thì ta tính toán gần đúng, coi bản chỉ truyền tải theo phương cạnh ngắn đến các liên kết

8

PHƯƠNG

Sàn có bản một phương là sàn gồm các ô bản chỉ có liên kết ở 2 cạnh đối diện hoặc các ô bản có liên kết cả ở 4 cạnh nhưng tỉ số 2

m Khoảng cách dầm chính l2 = (4 ÷ 10) m

Bề rộng dầm bd = (0,2 ữ 0,5) hd , hd là chiều cao dầm đang xột

Nếu chu vi của sàn được kờ lờn tường gạch thỡ chiều dài đoạn kờ S ≥ (12 cm, hb) đối với bản; 22 cm đối với dầm phụ; 34 cm đối với dầm chớnh

2.2 Xỏc định sơ đồ tớnh, tải trọng

Với cỏch truyền tải trọng trong sàn cú bản một phương là: bản truyền tải lờn dầm phụ

và tường biờn, dầm phụ truyền tải lờn dầm chớnh, dầm chớnh truyền tải lờn cột và tường nờn cú sơ đồ tớnh và tải trọng cỏc cấu kiện bản, dầm phụ và dầm chớnh như sau

Dải bản để tính dầm phụ

Hỡnh 6 Sơ đồ mặt bằng kết cấu của sàn sườn toàn khối cú bản loại dầm

a) Dầm chớnh đặt theo phương ngang nhà b) Dầm chớnh đặt theo phương dọc nhà

10

2.2.1 Sơ đồ tính bản

Cắt dải bản rộng 1m theo phương song song với l1 (Hình 6), ta có sơ đồ tính của dải bản như trên Hình 7 khi tính theo sơ đồ khớp dẻo và Hình 8 khi tính theo sơ đồ đàn hồi Khi tính theo sơ đồ đàn hồi, nhịp tính toán tính từ tim các gối tựa Khi tính theo sơ đồ khớp dẻo, nhịp tính toán tính từ các khớp dẻo (mép gối tựa) Ở biên bản

kê lên tường, coi phản lực gối tựa ở vị trí cách cách mép tường một đoạn

11

Tải trọng: Tải trọng tác dụng trên bản sàn gồm tĩnh tải (ký hiệu g b) và hoạt tải (ký hiệu p b)

Tĩnh tải: Tĩnh tải trên bản được xác định theo cấu tạo thực tế của bản sàn

Hoạt tải: Theo TCVN 2737-1995, hoạt tải tiêu chuẩn phân bố đều trên 1m2 sàn được xác định theo loại phòng và loại công trình

b a

l =l − + , l g = l 2 Khi tính theo sơ đồ khớp dẻo, nhịp tính toán tính từ các khớp dẻo (mép gối tựa):

2 2 2 2

a b b l

Trường hợp hệ dầm và cột không chịu tải ngang (toàn bộ tải ngang là do tường chịu) có thể tính dầm chính như một dầm liên tục kê lên các cột và tường

Nhịp tính toán: lấy khoảng cách giữa tim các gối tựa khi tính theo sơ đồ đàn hồi và khoảng cách giữa các khớp dẻo khi tính theo sơ đồ khớp dẻo

PG

PG

PG

PG

Hình 11 Sơ đồ tính dầm chính theo sơ đồ đàn hồi

Xác định tải trọng

Tải trọng trên sàn truyền về dầm chính được qui về thành lực tập trung đặt tại

vị trí dầm phụ gác lên dầm chính Với pd và gd là hoạt tải và tĩnh tải phân bố đều trên dầm phụ đã xác định được ở phần trên Trọng lượng bản thân dầm chính là tải phân bố đều nhưng giá trị nhỏ so với tải do dầm phụ truyền vào nên cũng quy về lực tập trung để đơn giản tính toán

* Hoạt tải tập trung P: P = pd l2

* Tĩnh tải tập trung G: G = G1 + GO

Trong đó:

ở đây b, h - là bề rộng và bề cao tiết diện dầm chính

2.3 Tính nội lực trong các cấu kiện

Xác định nội lực trong các cấu kiện theo sơ đồ đàn hồi hoặc sơ đồ khớp dẻo Bản, dầm phụ hay dầm chính đều là dầm liên tục nhiều nhịp Để tính theo sơ

đồ đàn hồi dùng các phương pháp đã học của môn cơ học kết cấu để xác định nội lực của dầm liên tục nhiều nhịp

Khi tính dầm nhiều nhịp theo sơ đồ đàn hồi, mô men ở gối thứ hai thường lớn nhất và lớn hơn mô men ở nhịp nên cần nhiều thép âm hơn thép dương Điều này không thuận lợi cho thi công nên nhiều tiêu chuẩn thiết kế khuyên nên điều chỉnh mô men trong dầm, tính theo sơ đồ khớp dẻo Phương pháp xác định nội lực theo sơ đồ dẻo là phương pháp có xét tới biến dạng dẻo của cốt thép và bê tông, xét tới sự hình thành khớp dẻo và sự phân phối lại nội lực giữa các tiết diện Phương pháp này đỏi hỏi phải tính nội lực theo sơ đồ đàn hồi rồi dự định vị trí hình thành khớp dẻo với mô men dẻo dự định, sau đó tính lại nội lực với sơ đồ tính có khớp dẻo dự tính Việc này gây nhiều khó khăn trong việc tính nội lực và không làm hoàn toàn tự động bằng phần mềm máy tính được nên phương pháp tính toán nội lực theo sơ đồ khớp dẻo thường chỉ áp dụng với các dầm đều nhịp và đều tải trọng

Trong phạm vi đồ án này, nội lực trong bản sàn và dầm phụ được hướng dẫn xác định theo sơ đồ khớp dẻo dùng các bảng tra để tính nội lực, nội lực trong dầm chính được xác định theo sơ đồ đàn hồi

Khi sự chênh lệch giữa các nhịp không lớn hơn 10%, bằng phương pháp phân phối mô men trên nguyên tắc đảm bảo điều kiện cân bằng tĩnh học, xác định được giá trị mô men ở các nhịp và các gối của bản theo sơ đồ khớp dẻo như trên Hình 12

14

Hình 12 Biểu đồ mô men của dải bản

Khi dầm chịu tải phân bố đều, các nhịp cạnh nhau không chênh lệch quá 10%, tính theo sơ đồ khớp dẻo có thể dùng bảng lập sẵn tra β1 và β2.

- Tung độ của biểu đồ bao nhánh max:

5 nhịp, tính như dầm 5 nhịp, các nhịp giữa lấy giống nhau

Nội lực trong dầm chính được xác định bằng các phương pháp của cơ học kết cấu Khi dầm có nhịp đều nhau hoặc có nhịp chênh lệch nhau không quá 10%

có thể dùng các bảng với các công thức lập sẵn Có hai cách dùng bảng lập sẵn: cách tra trực tiếp biểu đồ bao và cách tổ hợp Cách trực tiếp đơn giản nên dùng khi tính toán thiết kế Cách tổ hợp cho ta thấy rõ hơn bản chất của biểu đồ bao nội lực

và rèn luyện cho người sử dụng kỹ năng tổ hợp nội lực Bởi vậy trong đồ án yêu cầu sinh viên thực hiện theo cách tổ hợp

* Cách tra trực tiếp biểu đồ bao:

Tung độ nhánh dương và nhánh âm của biểu đồ bao mô men:

Mmax = α0 Gl + α1 Pl

Mmin = α0 Gl − α2 Pl

Tung độ nhánh dương và nhánh âm của biểu đồ bao lực cắt:

16

Qmax = β0G + β1P

Qmin = β0G − β2P

Trong đó: αi; βi cho trong các bảng lập sẵn phụ thuộc vào số nhịp dầm và

sơ đồ đặt tải trên mỗi nhịp

+ Vẽ riêng từng biểu đồ nội lực do các trường hợp có thể xảy ra của hoạt tải

Mpi i = 1,2,3 (Hình 15) Đồng thời cần chú ý tới tính chất đối xứng của hệ

để loại bớt các trường hợp hoạt tải Ví dụ với dầm bốn nhịp và lợi dụng tính chất đối xứng ta cần xét sáu trường hợp của P như trên Hình 15 a,b,c,

Hình 15 Các trường hợp chất tải để tổ hợp nội lực

Trong bảng chỉ cho giá trị α và β tại một số tiết diện quan trọng Muốn có được biểu đồ nội lực trong từng nhịp của dầm cần chú ý:

+ Đối với mô men cần thực hiện các phép tính bổ trợ theo phương pháp của

cơ học kết cấu Đem cắt nhịp dầm ra như một dầm tĩnh định kê trên hai gối tự do, đặt thêm mô men ở gối đã tính được rồi vẽ biểu đồ mô men cho dầm đó Hoặc bằng cách treo biểu đồ (Hình 16)

+ Đối với lực cắt ở đoạn giữa nhịp, xác định được bằng phương pháp mặt cắt với chú ý rằng tại tiết diện có lực tập trung, biểu đồ lực cắt có bước nhảy bằng đúng trị số của lực tập trung đó

Ngoài ra vẫn cần phải đặc biệt chú ý tới tính chất đối xứng của hệ

Cách 2:

Tổ hợp và vẽ biểu đồ bao nội lực theo từng tiết diện, thí dụ tại tiết diện K, tung độ biểu đồ bao nhánh max và nhánh min được xác định như sau:

Đối với mô men:

Nối các tung độ max với nhau ta được nhánh max của biểu đồ bao mô men Nối các tung độ min với nhau ta được nhánh min của biểu đồ bao mô men (Hình 17)

Trong trường hợp dầm nhiều nhịp có nhiều phương án chất hoạt tải, có thể chỉ cần xếp 2 phương án hoạt tải cách nhịp như Hình 15b và Hình 15c do:

+ Hoạt tải xếp cách nhịp sẽ cho mô men dương bất lợi ở nhịp xếp tải

+ Hoạt tải xếp ở hai nhịp kề gối sẽ cho mô men âm bất lợi tại gối đó

Khi đó, tổ hợp bằng cách cộng các biểu đồ rồi lấy biểu đồ bao (envelope):

19

Nh¸nh Min

Nh¸nh Max

Hình 17 Hình bao mô men dầm chính 4 nhịp

Nh¸nh Max (§−êng nÐt liÒn)

Sau khi tính toán cốt thép, tiến hành kiểm tra sự hợp lý của kích thước tiết diện

đã chọn thông qua hàm lượng cốt thép Đối với bản µ% nằm trong khoảng 0,3 ÷ 0.9

là hợp lý Nếu µ% nằm ngoài khoảng trên nên thay đổi hb và tính toán lại Trường hợp µ% < µmin mà không thể giảm chiều dày bản thì chọn AS ≥ µmin × 100ho

Đối với các ô bản có cả bốn cạnh liên kết với dầm, do ảnh hưởng của hiệu ứng vòm cho phép giảm không quá 20% lượng cốt thép so với kết quả tính toán

+ Hoặc chọn cùng một loại đường kính (phổ biến)

+ Nếu dùng hai loại đường kính thì để tránh nhầm lẫn và đảm bảo cho các thanh cốt thép làm việc tương đối đồng đều trong dải bản, chọn ∆d = 2mm

Khoảng cách giữa các thanh cốt thép cạnh nhau a tính theo yêu cầu chịu lực đồng thời: + Để đảm bảo thi công dễ dàng, nhanh chóng, yêu cầu a ≥ 7cm

+ Để đảm bảo cho bê tông và cốt thép kết hợp làm việc tốt với nhau, yêu cầu:

a ≤ 20cm khi hb ≤ 15cm

1,5 hb khi hb > 15cm Cốt thép có thể được bố trí một cách đơn giản để thuận lợi cho thi công, thí dụ như

ở Hình 19