Đồ án BTCT 2: Tính toán và thiết kế kết cấu khung phẳng

Đồ án BTCT 2 đề tài Tính toán và thiết kế kết cấu khung phẳng được nghiên cứu với nội dung: Tính toán thiết kế khung ngang trục 9 sơ đồ nhà 1của một trường học 3 tầng với kích thước mặt bằng. Chiều cao mỗi tầng h=4000mm, thành sênô xây gạch dày 100mm cao 500m. Lan can được xây bằng gạch đặc, chiều cao 900mm, dày 100(mm). Để hiểu hơn về nội dung đồ án mời các bạn cùng tham khảo tài liệu.

TÍNH TOÁN VÀ THI T K  K T C U    Ế Ế Ế Ấ

N i dungộ :Tính toán thi tế  kế khung ngang tr cụ  9 s  đ  nhà 1ơ ồ c aủ  một trườ  h cng ọ  

3 t ngầ  với kích thướ m tc  ặ  bằng. Chi uề  cao m iỗ  tầng h=4000mm, thành sênô xây g chạ  dày 100mm cao 500m. Lan can được xây b ng g ch đ c, chi u cao ằ ạ ặ ề900mm, dày 100(mm). Đ aị  đi mể  xây dựng:  Qu ng Bình.ả

Cơ sở tính toán:

Quy chu nẩ  xây dựng Vi tệ  Nam

TCVN 2737­1995: T iả  tr ngọ  và tác đ ngộ  – Tiêu chu nẩ  thi tế  k ế

TCVN 5574­2012: K tế  c uấ  bêtông và bêtông c tố  thép – Tiêu chu nẩ  

thi tế  k  Cácế  ti u chu nể ẩ  quy ph mạ  hi nệ  hành có liên quan

Quy trình tính toán thi t k  đế ế ược th c hi n nh  sau:      ự ệ ư

Mô t , gi i thi u k t c u:ả ớ ệ ế ấ

K t c u ch u l c là h  khung bê tông c t thép đ  toàn kh i có liên k t c ng ế ấ ị ự ệ ố ổ ố ế ứ

t i nút, liên k t gi a c t v i móng đạ ế ữ ộ ớ ược xem là ngàm t i m t móng. H  khung ạ ặ ệ

ch u l c c a công trình là m t h  không gian, có th  xem đị ự ủ ộ ệ ể ượ ạc t o nên t  nh ngừ ữ  khung ph ng làm vi c theo hai phẳ ệ ương vuông góc v i nhau ho c đan chéo nhau.ớ ặTính toán h  khung đệ ược th c hi n theo s  đ  khung ph ng theo phự ệ ơ ồ ẳ ương 

c nh ng n c a công trình + h  d m d c (Khi t  s  L/B =34.2/12.1 =2.8> 1.5 n iạ ắ ủ ệ ầ ọ ỷ ố ộ  

l c ch  y u gây ra trong khung ngang vì đ  c ng khung ngang nh  h n nhi u ự ủ ế ộ ứ ỏ ơ ề

l n đ  c ng khung d c. Vì th  tách riêng t ng khung ph ng đ  tính n i l c: ầ ộ ứ ọ ế ừ ẳ ể ộ ựkhung ph ng).ẳ

Công trình khung bêtông c t thép toàn kh i 3 t ng, 3 nh p. Đ  đ n gi n tính ố ố ầ ị ể ơ ảtoán, tách khung ph ng tr c 9, b  qua s  tham gia ch u l c c a c a h  gi ng ẳ ụ ỏ ự ị ự ủ ủ ệ ằmóng và k t c u tế ấ ường bao che

M t b ng k t c u d m sàn đặ ằ ế ấ ầ ược b  trí nh  trên Hình1.ố ư

S2 S2

S1 S1

S3 S3

­Kh i lố ượng riêng:  γbt= 2500(daN/m3)

­Cường đ  ch u nén tính toán c a bê tông:  Rộ ị ủ b = 115(daN/cm2)

­Cường đ  ch u kéo tính toán c a bê tông: Rộ ị ủ bt = 9 (daN/cm2)

­Mô dun đàn h i E= 2.7x10ồ 5 (daN/cm2)

b. C t ố  thép

­Thép CI: Ø<10(mm)

 +Cường đ  ch u kéo, ch u nén tính toán c a c t thépộ ị ị ủ ố  : Rs=Rsc=2250 

(daN/cm2)

 +Cường đ  ch u c t khi tính toán c t ngangộ ị ắ ố  : Rsw= 1750 (daN/cm2)

 +Môdun đàn h iồ  : E=2.1x106 (daN/cm2)

a. Ch n ọ  chi u ề  dày c a ủ  sàn.

Chi u dày sàn đề ược ch n theo công th c:ọ ứ

b.  Ch n ọ  kích thư c ớ  ti t ế  di n ệ  c a ủ  dầm

Ti t di n các d m ch  y u ph  thu c vào nh p d m và đ  l n t i tr ng.ế ệ ầ ủ ế ụ ộ ị ầ ộ ớ ả ọTheo kinh nghi m ch n ti t di n d m theo công th c:ệ ọ ế ệ ầ ứ

 Di n tích truy n t i c a c t thu c khung tr c 9 (K9).ệ ề ả ủ ộ ộ ụ

Di n tích c t Ac đệ ộ ược xác đ nh theo công th c: ị ứ c

b

N

A k R

Trong đó:

1.1 1.5

k =  là h  s  k  đ n  nh hệ ố ể ế ả ưởng c a moomen u n, đ  m nh c a ủ ố ộ ả ủ

c t, hàm lộ ượng c t thép, l y tùy thu c vào v  trí c a c t.ố ấ ộ ị ủ ộ

Rb = 115 (daN/cm2): là cường đ  ch u nén tính toán c a bê tông.ộ ị ủ

N là l c d c trong c t, đự ọ ộ ược xác đ nh theo công th c g n đúng nh  sau:ị ứ ầ ư     N=qSxq (kN/m2)

V i chi u dày sàn 90 mm, ít tớ ề ường, kích thước d m c t bé:ầ ộ  

Tính toán và ch n s  b  ti t di n c t c a khung tr c 9 (K9)ọ ơ ộ ế ệ ộ ủ ụ

B NG CH N TI T DI N C T KHUNG TR C 10Ả Ọ Ế Ệ Ộ Ụ

­1.95  +0.00

  +4.00

  +8.00 +12.00

Khung được tính theo s  đ  đàn h i, đ  đ n gi n hóa quá trình tính toán ta ơ ồ ồ ể ơ ả

l y nh p tính toán b ng nh p ki n trúc. ấ ị ằ ị ế

Ta có s  đ  tính nh  sau:ơ ồ ư

­1.95  +0.00

  +4.00

  +8.00 +12.00

S  đ  tính khung tr c 9 (K9). ơ ồ ụ

Xác đ nh các lo i t i ị ạ ả

tt  (daN/m2)

T NG 655 733.3b.Xác đ nh t i tr ng tác d ng trên 1mị ả ọ ụ 2 tường

Xác đ nh t i tr ng tác d ng trên 1mị ả ọ ụ 2 tường

tt  (daN/m2)

b. Xác đ nh tĩnh t i tác d ng vào khung tr c 9ị ả ụ ụ

DC

g tg2

T i tr ng t  sàn S ả ọ ừ 2 truy n vào d ề ướ ạ i d ng tam giác v i tung đ  l n nh t:  ớ ộ ớ ấ

  gtc = 2 x 2.4/2 x 294 = 705.6       gtt = 2 x 2.4/2 x 337.8 = 810.72

     g tg3

T i tr ng t  sàn S ả ọ ừ 3 truy n vào d ề ướ ạ i d ng tam giác v i tung đ  l n nh t:  ớ ộ ớ ấ

  gtc = 2 x 2.1/2 x 294 = 617.4       gtt = 2 x 2.1/2 x 337.8 = 709.38

­Tĩnh t i t ng mái (hình 6ả ầ )

S  đ  phân tĩnh t i sàn trênơ ồ ả  mái

Xác đ nh tĩnh t i phân b  và t p trung sàn t ng mái lên d m khung tr c ị ả ố ậ ầ ầ ụ 9.

­1.95  +0.00

  +4.00

  +8.00 +12.00

S  đ  tĩnh t i tác d ng vào khung tr c 9(daN, daN/m)­TTơ ồ ả ụ ụ

4. Xác đ nh ho t t i đ ng tác d ng vào khung  ị ạ ả ứ ụ  

Ho t t i đạ ả ượ ấc l y theo tiêu chu n TCVN 2737­1995: T i tr ng và tác đ ngẩ ả ọ ộ

Xác đ nh ho t t i 1 phân b  và t p trung c a sàn t ng 2 lên khung K9ị ạ ả ố ậ ủ ầ

Trường h p ho t t i 1 t ng 2(daN/m,daN)ợ ạ ả ầ

Kí hi uệ Lo i t i tr ng và cách tínhạ ả ọ ptt pdh

9

8

D C

S  đ   ho t t i 1 t ng 3ơ ồ ạ ả ầ

Trường h p ho t t i 1 t ng 3(daN/m,daN)ợ ạ ả ầ

Kí hi uệ Lo i t i tr ng và cách tínhạ ả ọ ptt pdh

S  đ  phân ho t t i t ng máiơ ồ ạ ả ầ

Trường h p ho t t i 1 t ng mái (daN/m,daN)ợ ạ ả ầ

Kí hi uệ Lo i t i tr ng và cách tínhạ ả ọ ptt

ptg

Ho t t i Sạ ả 4 truy n vào dề ướ ại d ng tam giác v i tung đớ ộ

l n nh t:ớ ấ

­1.95  +0.00   +4.00   +8.00 +12.00

S  đ  ho t t i 1 tác d ng vào khung tr c 9(daN, daN/m)­HT1ơ ồ ạ ả ụ ụ

c. Tính trường h p ho t t i 2ợ ạ ả

Trường h p ho t t i ợ ạ ả 2 t ng ầ 2(daN/m,daN)

Kí hi uệ Lo i t i tr ng và cách tínhạ ả ọ ptt pdh

Ptg Ho t t i Sạ ả 2  truy n vào dề ướ ại d ng tam giác v i ớ

Sơ đ  ho t t i 2 t ng 3ồ ạ ả ầ

Trường h p ho t t i ợ ạ ả 2 t ng ầ 3(daN/m,daN)

Kí hi uệ Lo i t i tr ng và cách tínhạ ả ọ ptt pdh

9

8

Sơ đ  ho t t i 2 t ng máiồ ạ ả ầ

Trường h p ho t t i 2 t ng mái (daN/m,daN)ợ ạ ả ầ

Kí hi uệ Lo i t i tr ng và cách tínhạ ả ọ ptt

Ptg

Ho t t i Sạ ả 5 truy n vào dề ướ ại d ng hình tam giác v i ớ

tung đ  l n nh t:ộ ớ ấ

ptt = 97.5

234

Ho t t i Sạ ả 6 truy n vào dề ướ ại d ng hình tam giác v i ớ

­1.95  +0.00

  +4.00

  +8.00 +12.00

S  đ  ho t t i 2 tác d ng vào khung tr c 9 (daN, daN/m)­ HT2ơ ồ ạ ả ụ ụ

5. Xác đ nh ho t t i gió tác d ng vào khung   ị ạ ả ụ  

­Xác đ nh theo TCVN 2737­1995: T i tr ng và tác đ ng­ Tiêu chu n thi t k ị ả ọ ộ ẩ ế ế

­Công trình được xây d ng t i  Qu ng Bình , thu c vùng gió IIIA, có áp l c ự ạ ả ộ ựgió đ n v  (B ng 4­TCVN 2737­1995) là Wơ ị ả o=125daN/m2, thu c d ng đ a hình B.ộ ạ ị

­Vì chi u cao công trình là 12 m <40m nên ta ch  xét đ n tác d ng tĩnh c a t i ề ỉ ế ụ ủ ả

tr ng gió.ọ

­Giá tr  tiêu chu n thành ph n tĩnh c a t i tr ng gió W có đ  cao Z so v i ị ẩ ầ ủ ả ọ ộ ớ

B ng tính toán t i tr ng tác d ng c a gió lên khung tr c ả ả ọ ụ ủ ụ 9

­Chú ý: M c chu n đ  xác đ nh h  s  k đố ẩ ể ị ệ ố ượ ấ ởc l y   cao trình m t đ t t  nhiênặ ấ ự  cách m t đ t n n   cos ặ ấ ề ở 0.000 là 0.75m

­T i tr ng tác d ng vào ph n sê nô đả ọ ụ ầ ược quy v  l c t p trung đ t   đ u c t ề ự ậ ặ ở ầ ộ

  +4.00

  +8.00 +12.00

S  đ  gió trái tác d ng vào khung tr c 10(daN, daN/m)­GT.ơ ồ ụ ụ

­1.95  +0.00

  +4.00

  +8.00

S  đ  gió ph i tác d ng vào khung tr c 10(daN,daN/m)­GPơ ồ ả ụ ụ

IV. Xác đ nh n i l c và t  h p n i l cị ộ ự ổ ợ ộ ự

1. Xác đ nh n i l cị ộ ự

S  d ng chử ụ ương trình tính toán k t c u SAP2000 đ  tính toán n i l c cho khungế ấ ể ộ ự  

v i s  đ  ph n t  d m,c t nh  hình ớ ơ ồ ầ ử ầ ộ ư

Chú ý:Vì tr ng l ng b n thân c a d m và c t khung ch a tính nên khi khai báoọ ượ ả ủ ầ ộ ư  

t i tr ng trong chả ọ ương trình tính toán k t c u, v i trế ấ ớ ường h p tĩnh t i ph i k  ợ ả ả ể

đ n tr ng lế ọ ượng b n thân c a k t c u(c t,d m khung) v i h  s  vả ủ ế ấ ộ ầ ớ ệ ố ượ ảt t i 

n=1.1

2.T   h p n i l cổ ợ ộ ự

T  h p n i l c theo TCVN 2737­1995(Đi u 2.4)ổ ợ ộ ự ề

­ T  h p c  b n 1: Tĩnh t i + 1 trổ ợ ơ ả ả ường h p ho t t i v i h  s  t  h p ợ ạ ả ớ ệ ố ổ ợ

là 1

­ T  h p c  b n 2: Tĩnh t i  + 2 trổ ợ ơ ả ả ường h p ho t t i tr  lên v i h  sợ ạ ả ở ớ ệ ố 

t  h p là 0.9. Trên c  s  đó ta có c u trúc t  h p nh  sauổ ợ ơ ở ấ ổ ợ ư  :

­ Đ i v i d m: ố ớ ầ Mmax+ ,Mmin− ,Qmax 

­ Đ i v i c t: ố ớ ộ Mmax+  và N   tu

Vi c t  h p n i l c cho d m và c t đệ ổ ợ ộ ự ầ ộ ược trình bày thành các b ng.ả

+ V i ph n t  d m: t  h p n i l c cho 3 ti t di n (2 ti t di n đ u d m và 1 ớ ầ ử ầ ổ ợ ộ ự ế ệ ế ệ ầ ầ

Tính c t thép nh p AB ch u momen dố ị ị ương: M=35 kNm

Tính theo ti t di n ch  T cánh n m trong vùng nén v i ế ệ ữ ằ ớ '

18 (763)

16 (603)

18 ( 911)

16 18

( 1165)

16 18

Gối B Trên -16.69 250 300 50 250 3 1 251 0.4

BC

Gối B Trên -138.99 250 650 60 590

0.13 9

0.92

5 910 0.62 Giữa

nhip Dưới 111.73

145

0 650 50 600

0.01 9

0.99

1 671 0.45 Gối C Trên -135.57 250 650 60 590

0.13 5

0.92

7 885 0.6

CD Gối C Trên -14.77 250 300 50 250

0.08 2

0.95

7 220 0.35 Gối D Trên -26.56 250 300 50 250

0.14 8

18 (911)

16 18

( 911)

16

18 ( 710)

16

B  trí c t thép d m t ng 3ố ố ầ ầ

c.Tính toán c t thép d c cho d m t ng mái ố ọ ầ ầ

0.99

4 126 0.20 Gối B Trên -26.2

105

0 300 50 250

0.03 5

-0.10 4

0.94

5 670 0.45 Giữa

nhip Dưới 176.29

145

0 650 50 600

0.02 9

0.98 5

106

5 0.71 Gối C Trên

103.61 250 650 60 590

-0.10 4

0.94

5 664 0.45 CD

Gối D Trên -25.43 950 300 50 250

0.03 7 0.98

1 370 0.59

B  trí c t thép cho d m t ng máiố ố ầ ầ2

   Tính toán c t thép đai d m:  ố ầ  

a.  Tính toán c t đai cho d m khung t ng 2 ố ầ ầ :

T  b ng t  h p n i l c ch n giá tr  l c c t l n nh t trên t ng đo n d m nh  ừ ả ổ ợ ộ ự ọ ị ự ắ ớ ấ ừ ạ ầ ưsau:

D m t ng 2 có 2 lo i ti t di n D­ầ ầ ạ ế ệ 25X30 và D­25X65,ta ch n giá tr  l c c t l n ọ ị ự ắ ớ

nh t cho t ng lo i ti t di n đ  tính toán và b  trí cho các đo n còn l iấ ừ ạ ế ệ ể ố ạ ạ

V i d m ti t di n Dớ ầ ế ệ 25 30 ch n Q=ọ 45.95(kN)

S  li u đ u vào ố ệ ầ R =11.5MPa;R =0.9MPa;R =175MPa h; = 250 mm

­Ki m tra đi u ki n tính toán ể ề ệ

   =>C n tính toán c t thép ngang ch u c t.ầ ố ị ắ

­Ki m tra kh  năng ch u  ng su t nén chính c a b ng d mể ả ị ứ ấ ủ ụ ầ

R bh c

Tính: Đo n d m g n g i t a (1/4 nh p d m)ạ ầ ầ ố ự ị ầ

Vì h=300 < 450mm nên s ct (300 / 2;150mm) 150= mm 

Tính s tk = min( ;s s tt max; ) min(313;250;150)s ct = mm  ch n ọ s tk =150mm 

Đo n còn l i   gi a d m:ạ ạ ở ữ ầ

(3 300 / 4;500 ) 225

ct

s mm = mm  ch n ọ s tk = 200mm 

V i d m ti t di n Dớ ầ ế ệ 25 65 ch n Q=ọ 104.06(kN)

S  li u đ u vào ố ệ ầ R b =11.5MPa;Rbt =0.9MPa;Rsw =175MPa h; o = 590 mm

­Ki m tra đi u ki n tính toán ể ề ệ

   =>C n tính toán c t thép ngang ch u c t.ầ ố ị ắ

­Ki m tra kh  năng ch u  ng su t nén chính c a b ng d mể ả ị ứ ấ ủ ụ ầ

R bh c

Tính s tk = min( ;s s tt max; ) min(313;753;200)s ct = mm  ch n ọ s tk =150mm 

Đo n còn l i   gi a d m:ạ ạ ở ữ ầ

+Đo n g n g i t a :  8 , ạ ầ ố ự Φ s tk =150mm 

+Đo n gi a nh p: ạ ữ ị Φ8 , s tk =250mm

c. Tính toán c t đai cho d m khung t ng mái: ố ầ ầ

+Đo n g n g i t a :  8 , ạ ầ ố ự Φ s tk =150mm 

+Đo n gi a nh p: ạ ữ ị Φ8 , s tk =250mm

+Bê tông c p đ  b n B, đ  theo phấ ộ ề ổ ương th ng đ ng 1.5m và bê tông đóng r n ẳ ứ ắ

t  nhiên có: Rự b=11.5MPa; Rbt=0.9MPa; Eb=27000MPa

+C t thép nhóm CII có Rố =R =280MPa; E=21 104MPa

+K t c u thu c h  siêu tĩnh: ế ấ ộ ệ e o = max(e ;e ) 2341 a = mm

+Gi  thi t  a=a’=40mm.ả ế

l h

p

e p

502.9 10

175 11.5 250

=

6 4

5

mm mm

Trong đo n đ u c t c n c u t o kháng ch n đ  đ m b o đ  d o k t c u c c ạ ầ ộ ầ ấ ạ ấ ể ả ả ộ ẻ ế ấ ụ

b , chi u dài c a vùng c u t o kháng ch n lộ ề ủ ấ ạ ấ cr (chi u dài t i h n) có th  đề ớ ạ ể ược tính toán t  bi u th c sau đây: lừ ể ứ =max(h ;l /6;450) (mm)

Trong đó: hc: kích thướ ớc l n nh t ti t di n ngang c a c tấ ế ệ ủ ộ

      lcl:  chi u dài thông th y c a c tề ủ ủ ộ

và trong đo n lạ cr c t đai đố ược b  trí dày h n. Kho ng cách đai b  trí trong vùng ố ơ ả ốnày là s=100mm

Hình 21. B  trí c t đai t i đ u c tố ố ạ ầ ộ

a thep dai gia cuong

đ  ch ng l i s  phá ho i này.ể ố ạ ự ạ

N i l c tính toán độ ự ượ ấc l y nh  sau: t i v  trí giao nhau c a d m d c và d m ư ạ ị ủ ầ ọ ầkhung c a s  đ  tĩnh t i và ho t t i ta c ng các giá tr  l c t p trung.ủ ơ ồ ả ạ ả ộ ị ự ậ

T I T P TRUNG T NG MÁIẢ Ậ Ầ

s o s

sw sw

h F h h

S  c t treo d ng đai là:ố ố ạ   1 47883 1 300600 1.36;

2 175 50.3

s o

sw sw

h F h x

S  c t treo d ng đai là:ố ố ạ   1 64164 1 300600 1.82;

2 175 50.3

s o

sw sw

h F h x

      Tính toán c u t o các nút khung.  ấ ạ  

Tính toán c u t o nút góc trên cùng. Nút góc là nút giao gi a:ấ ạ ữ

l n nh t là eo/hc=1.35 > 0.5 nên ta c u t o c t thép nút góc trên cùng theo tr ng 

h p eợ o/hc> 0.5 

Vì t  s  eo/hc l n nên yêu c u neo c t thép ch u kéo trên d m vào c t càng sâu. ỉ ố ớ ầ ố ị ầ ộTùy thu c vào s  lộ ố ượng thanh thép ch u kéo mà c t c t thép ch u kéo   m t ho cị ắ ố ị ở ộ ặ  hai ti t di n.   đây c t thép ch u kéo trên d m ch  có ế ệ Ở ố ị ầ ỉ 2Ф18 nên ch  c n c t t i ỉ ầ ắ ạ

m t ti t di n, chi u dài đo n c t cách mép dộ ế ệ ề ạ ắ ướ ủi c a d m m t đo n lầ ộ ạ an được xác đ nh theo công th c:ị ứ

Trong đó các h  s  ệ ố ωan,∆λan và các giá tr  t i thi u c a ị ố ể ủ l  đ c cho trong B ng an ượ ả

Nh  v y v i bê tông B20, c t thép nhóm CII và c t thép ch u kéo n m trong ư ậ ớ ố ố ị ằvùng bê tông ch u kéo ta tính đị ược chi u dài đo n neo là:ề ạ

Trường h p t i ti t di n mép c t xu t hi n mômen dợ ạ ế ệ ộ ấ ệ ương thì c t thép phía ố

dướ ủi c a d m ph i đầ ả ược neo vào v i đo n ớ ạ l l s = an. 

Đ  tránh t p trung  ng su t c t thép d m neo xu ng c t ph i để ậ ứ ấ ố ầ ố ộ ả ược u n cong ố

v i bán kính ớ r 5 φ = 5 16 80 = mm cho trường h p không c u t o nách.ợ ấ ạ

25 25