Đồ án kết cấu bê tông cốt thép II

Nội dung: Thiết kế khung ngang truc 9 của một trường học với mặt bằng và mặt cắt như hình vẽ. Địa điểm xây dựng Dak Nông Cơ sở tính toán: Quy chuẩn xây dựng Việt Nam. TCVN 2737 – 1995: Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế. TCVN 5574 – 2012: Kết cấu bêtông và bêtông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế. Các tiêu chuẩn hiện hành có liên quan. Quy trình thực hiện kết cấu được thực hiện theo 7 bước sau: 1.Mô tả, giới thiệu kết cấu Kết cấu chịu lực là hệ khung BTCT đổ toàn khối có liên kết cứng tại nút, liên kết cột với móng được xem là ngàm tại mặt móng. Hệ khung chịu lực của công trình là một hệ không gian, có thể xem được tạo nên từ những khung phẳng làm việc theo hai phương vuông góc với nhau hoặc đan chéo nhau.Tính toán hệ khung được thực hiện theo sơ đồ khung phẳng theo phương cạnh ngắn của hệ công trình + hệ dầm dọc. Ta có tỉ số : Nội lực chủ yếu gây ra trong khung ngang vì độ cứng khung ngang nhỏ hơn nhiều lần độ cứng khung dọc. Vì thế tách riêng khung phẳng để tính nội lực : khung phẳng. Công trình khung BTCT toàn khối 3 tầng, 3 nhịp. để đơn giản tính toán, tách khung phẳng trục 9, bỏ qua sự tham gia chịu lực của hệ giằng móng và kết cấu tường bao che. Với kết cấu có chiều dài nhịp giữa là 8800(mm),ta có giải pháp bố trí thêm dầm phụ.Mục đích làm giảm kích thước ô bản,tăng khả năng chịu lực cho công trình.

THUYẾT MINH

ĐỒ ÁN KẾT CẤU BÊ TÔNG II

Nội dung: Thiết kế khung ngang truc 9 của một trường học với mặt bằng và mặt cắt như

hình vẽ Địa điểm xây dựng Dak Nông

Cơ sở tính toán:

Quy chuẩn xây dựng Việt Nam

TCVN 2737 – 1995: Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế

TCVN 5574 – 2012: Kết cấu bêtông và bêtông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế

Các tiêu chuẩn hiện hành có liên quan

Quy trình thực hiện kết cấu được thực hiện theo 7 bước sau:

1.Mô tả, giới thiệu kết cấu

Kết cấu chịu lực là hệ khung BTCT đổ toàn khối có liên kết cứng tại nút, liên kết cột vớimóng được xem là ngàm tại mặt móng Hệ khung chịu lực của công trình là một hệkhông gian, có thể xem được tạo nên từ những khung phẳng làm việc theo hai phươngvuông góc với nhau hoặc đan chéo nhau.Tính toán hệ khung được thực hiện theo sơ đồkhung phẳng theo phương cạnh ngắn của hệ công trình + hệ dầm dọc

Ta có tỉ số :

34200

2,5 1,5 13600

Với kết cấu có chiều dài nhịp giữa là 8800(mm),ta có giải pháp bố trí thêm dầmphụ.Mục đích làm giảm kích thước ô bản,tăng khả năng chịu lực cho công trình

Mặt bằng kết cấu dầm sàn được bố trí như hình vẽ:

Sơ đồ kết cấu khung trục 9 tầng 2,3

Sơ đồ kết câu khung tầng mái

2 Chọn vật liệu và sơ bộ kích thước tiết diện

2.1 Chọn vật liệu

Căn cứ vào sự tác dụng của tải trọng lên kết cấu khá lớn nên vật liệu sử dụng phải

có khả năng chiụ lực tốt, bền vững theo thời gian, đồng thời phải dựa trên công nghệ sảnxuất, khả năng cung ứng của thị trường, điều kiện địa phương như địa lý, môi trường, khíhậu, … đồng thời, vật liệu được chọn phải có tính chất cơ lý tốt phù hợp với điều kiệnlàm việc của kết cấu Từ đó, chúng ta sẽ tiến hành chọn vật liệu sử dụng một cách hợp lý,hiệu quả và kinh tế nhất Căn cứ vào những yêu cầu ở trên, ta tiến hành chọn vật liệu sửdụng như sau:

a Bêtông

-Dùng bêtông có cấp độ bền B20( tương đương M250)

-Khối lượng riêng:

Chiều dày bản sàn phụ thuộc vào tải trọng tác dụng lên bản sàn, vật liệu sử dụng, loạisàn, mục đích sử dụng, điều kiện môi trường làm việc, kích thước nhịp và một số yếu tốkhác.

Xét tỉ số:

2 1

2

l

l ≥: sàn bản dầm làm việc theo 1 phương

2 1

l

l

<2: sàn bản kê 4 cạnh làm việc theo 2 phương.

Chiều dày của sàn được chọn dựa theo công thức:

S3 H.lan g 3800 2000 1,9 BK 40-45 50 – 44,4 100 1 S4 Sê nô 3800 2800 1,36 BK 40-45 70 - 62,2 80 1 S5 Mái 4400 3800 1,16 BK 40-45 95 - 84,4 100 1 S6 Sê nô 3800 2000 1,9 BK 40-45 50 – 44,4 80 1

2.2.2 Chọn kích thước tiết diện của dầm

Tiết diện của dầm khung phụ thuộc chủ yếu vào nhịp dầm,tải trọng đứng và ngang,loại

dầm và cả chiều cao tầng,chiều cao nhà

Theo kinh nghiệm tiết diện dầm được chọn theo công thức:

Chọn kích thước tiết diện dầm dọc tầng 2, 3, mái là:

Kết quả chọn kích thước tiết diện các dầm đỡ được thể hiện trong bảng dưới đây:

2.2.3 Chọn sơ bộ tiết diện cột

Kích thước tiết diện của cột phụ thuộc vào tải trọng tác dụng lên cột, kích thước nhịp,bản sàn, cột nằm ở tầng nào, vật liệu sử dụng, mục đích sử dụng, điều kiện môi trườnglàm việc và một số yếu tố khác, khi chọn tiết diện cột phải đảm bảo điều kiện về độ bền

và độ ổn định của cột

Cột chịu nén do tải trọng đứng và chịu mômen, chủ yếu do tải trọng ngang Nếu nhà bốtrí hệ lõi, vách, tường chịu phần lớn tải trọng gió thì cột chịu nén gần với trạng thái đúngtâm Vì vậy thường chọn sơ bộ kích thước các cột theo trị số lực dọc ước định

Diện tích tiết diện cột AO

được xác định theo công thức:

2

b

R = daN cm : Cường độ chịu nén tính toán của bêtông.

N: Lực dọc trong cột, được tính toán theo công thức gần đúng như sau:

2

xq

N qS daN cm =

q: Tải trọng đương tính trên mỗi mét vuông mặt sàn trong đó gồn tải trọng thường

xuyên và tạm thời trên sàn Thông thường với nhà có chiều dày sàn bé (10 14)cm ÷ , có ít

tường, kích thước cột và dầm bé lấy q = (10 14) / ÷ kN m2

Sxq : Diện tích truyền tải vào cột của tầng 2,3 và tầng mái được thể hiện trên hình :

Diện tích truyền tải khung trục 9 (K7)

- Kiểm tra về độ ổn định, đó là việc hạn chế độ mảnh λ .

λ = ≤ λ =

( Với l0 = ψ H , b: bề rộng tiết diện, H: Chiều cao tầng)

Thực hiện chọn tiết diện cho cột trục B tầng 1 của khung trục 9

Thỏa mãn điều kiện về ổn định.

Đối với khung nhà nhiều tầng liên kết cứng giữa dầm và cột có từ 2 nhịp trở lên,

đổ BTCT toàn khối hệ số ψ = 0,7.

Giả thiết chọn chiều sâu chon móng: HM = 1,6 ( ) m

Với các cột còn lại việc chọn kích thước sơ bộ của tiết diện được thực hiện tương

20x30 20x30 20x30 20x30

20x60 20x60 20x60 20x60

SƠ ĐỒ TIẾT DIỆN KHUNG TRỤC 9 ( K9)

3 Lập sơ đồ tính toán khung ngang

- Tính toán khung ngang được thực hiện theo sơ đồ khung phẳng theo phương cạnhngắn của công trình (phương có độ cứng và độ ổn định kém hơn)

- Mô hình hóa kết cấu khung thành các thanh đứng (cột) và các thanh ngang (dầm),liên kết cứng với nhau tại các nút và liên kết giữa cột với móng là ngàm tại mặt móng

- Sơ đồ tính của khung được thể hiện là trục của cột và trục của dầm, đồng thời thểhiện các liên kết ( cột – dầm; cột – móng; cột – dàn vìa kèo,…) là ngàm hoặc khớp

- Việc chọn sơ đồ tính rất quan trọng, nó ảnh hưởng rất lớn đến nội lực và cách cấu tạonút khung sao cho phù hợp với liên kết đã chọn Nghĩa là việc chọn sơ đồ tính phải phù

liên kết đã chọn.

- Ta có tỷ số L/B > 1,5 (công trình có mặt bằng chạy dài) nội lực chủ yếu gây ra trong

khung ngang vì độ cứng của khung ngang nhỏ hơn nhiều lần độ cứng của khung dọc(khung ngang ít hơn khung dọc), cũng có thể xem gần đúng khung dọc “tuyệt đối cứng”

Vì thế cho phép tách riêng từng khung phẳng để tính nội lực: khung phẳng

- Khi tính toán bỏ qa sự tham gia chịu lực của đà kiềng

- Một đoạn cột hoặc một đoạn dầm được mô hình bằng một thanh, đặt ở vị trí trục hình

học của thanh, kèm theo các thông số kích thước: b,h (hoặc A,I) của tiết diện; tính năng

vật liệu: môđun, trọng lượng riêng

- Liên kết các thanh với nhau bằng nút khung, trong kết cấu khung toàn khối thườngdùng nút khung cứng

- Liên kết chân cột với móng thường dùng liên kết ngàm (hoặc khớp) tại mặt móng.Chiều cao chôn móng tùy thuộc vào điều kiện địa chất công trình Nếu không xác định

được địa chất có thể xác đinh: hm = 1,6 m

Với các nguyên tắc trên, trong tính toán đã bỏ qua một số yếu tố hình học ảnh hưởngđến độ cứng và nội lực của khung như độ lớn tiết diện làm giảm nhịp tính toán của dầm,chiều dài tính toán của cột,…

Việc mô hình như trên đôi khi vẫn còn khó khăn cho việc xác định nội lực khungbằng các phương pháp tính thông thường như phương pháp chuyển vị, phương pháp lực,tra bảng và ngay cả khi sử dụng các chương trình tính Trong chừng mực nào đó có thểđơn giản hóa mô hình tính toán kết cấu khung, ví dụ:

- Có thể san phẳng cao độ của trục dầm để đưa về cùng một cao độ khi độ chênh lệchcao nhỏ hơn 1/10 chiều cao tầng

- Trục hình học của cột có thể dịch chuyển một đoạn trong phạm vi 1/20 nhịp để chotrục cột dưới và trên nằm trên cùng đường thẳng Trong trường hợp này nên lấy trị sốnhịp là trị số trung bình của các tầng

- Diện tích tiết diện, mômen chống uốn của tiết diện gần đúng có thể lấy theo kíchthước tiết diện bê tông nguyên, không cốt thép

- Mô đun biến dạng của vật liệu bê tông cốt thép gần đúng lấy theo mô đun đàn hồi của

- Sơ đồ tính được thể hiện trên hình dưới đây:

b Trọng lượng bản thân tường

c Xác định tĩnh tải tác dụng vào khung

Chú ý: Tải trọng bản thân của các kết cấu dầm khung, cột khung nên để cho chương

trình tính toán kết cấu tự tính

- Việc tính toán tải trọng vào khung được thể hiện theo hai cách:

+ Cách 1: Chưa quy đổi tải trọng(giữ nguyên dạng truyền tải)

+ Cách 2: Quy đổi tải trọng thành phân bố đều với hệ số quy đổi k

Với tải trọng phân bố có dạng hình thang Để quy đổi sang dạng tải trọng phân bốhình chữ nhật ta cần xác định hệ số chuyển đỏi k như sau:

k = − 1 2 β β2+ 3 với 212

l l

k =

;

c.1 Mặt bằng truyền tải tầng 2,3

-Để xác định tải trọng tác dụng vào khung ta phải vẽ được mặt bằng truyền tải, tải

trọng truyền vào dầm phụ thuộc vào loại ô bản: bản dầm,bản kê được thể hiện bằng hìnhthang hoặc tam giác

-Với khung trục đã cho S1,S2,S3 đều thuộc sàn BẢN KÊ

Mặt bằng truyền tải được thể hiện trong hình sau:

Mặt bằng và sơ đồ phân tải sàn tầng 2, 3

TĨNH TẢI PHÂN BỐ-daN m /

1 (3,8 1).1,4.327,4 1100,06 2

tt

4.Trong lượng sàn S1, S1’ truyền vào dạng tam giác:

1 3,8.1,9.382,4 1380,46 2

2

tt

4182760,93

4.Trọng lượng do sàn S2 truyền vào dưới dạng hình thang:

1 (3,8 1,8).1.327,4 916,72 2

tt

418

890,57916,72

c.2 Tĩnh tải tầng mái

A B C D

S4

S5

S6 S5

Sơ đồ phân tĩnh tải tầng mái

Bảng tĩnh tải phân bố và tải trọng tập trung sàn mái

TĨNH TẢI PHÂN BỐ - daN

2

s

910,84

s

650,6

TĨNH TẢI TẬP TRUNG - daN

459,8

418

2359,861830,36

Sơ đồ tĩnh tải tác dụng vào khung trục 9

1865,4 4608,22 5137,72 3912,66 2047,66 910,84 2484,06 2484,06

650,6

2225,29 8643,53 3178,93 8688,66 2408,63 916,72 1453,12 1453,12

654,8

2225,29 8643,53 3178,93 8646,86 2408,63 916,72 1453,12 1453,12

654,8

4.2 Xác định hoạt tải đứng tác dụng vào khung

Hoạt tải sử dụng được lấy theo TCVN 2737-1995

a Hoạt tải đơn vị

b Tính trường hợp hoạt tải 1

ht

ht

A B C D

S4

S5

S6 S5

Sơ đồ hoạt tải 1 tầng mái

HOẠT TẢI 1 - TẦNG MÁI

ht

ht

Sơ đồ hoạt tải 2 tầng mái

HOẠT TẢI 2 – TẦNG MÁI

Kí hiệu Loại tải trọng và cách tính Kết quả

ht

2047,66 910,84

P

sm=97,5 daN/cm2

351,98 703,95 351,98 370,5 370,5

1008 1008 1209,6

1209,6

866,4 1732,8 866,4

912 912

Sơ đồ hoạt tải 1 tác dụng vào khung trục 9 (daN, daNm) HT1

273 273 327,6

327,6

866,4 1732,8 866,4

912 912

1008 1008 1209,06

1209,06 1008

720

Sơ đồ hoạt tải 2 tác dụng vào khung trục 9(daN, daNm) HT2

4.3 Xác định hoạt tải gió tác dụng vào khung

Xác định theo TCVN 2737-1995, Tải trọng và tác động-Tiêu chuẩn thiết kế

Công trình xây dựng tỉnh Dak Nông thuộc vùng gió IA có áp lực gió đơn vị là

2 0

W 55 = daN m / thuộc dạng địa hình B.

Công trình cao dưới 40m nên ta chỉ xét đến tác dụng tĩnh của tải trọng gió.Giá trị tiêuchuẩn thành phần tĩnh của tải trọng gió W có độ cao Z so với mốc chuẩn được xác địnhtheo công thức:

W W k c = × ×0

Trong đó:

0

W : Giá trị của áp lực gió lấy theo bảng đồ phân vùng phụ lục D của tiêu chuẩn.

k: Hệ số tính đến sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao so với mốc chuẩn (xác định theobảng G TCVN 2737-1995) và dạng địa hình (bảng 5 TCVN 2737-1995)

c: Hệ số khí động (bảng 6 TCVN 2737-1995)

Phía đón gió c = +0.8

Phía khuất gió c = -0.6

Tải trọng tính toán của gió truyền lên khung được tính theo công thức:

( daN m / ) cd ch (m)B qd

( daN m / )

hq

( daN m / )

Tải trọng gió trên mái quy về lực tập trung đặt ở đầu cột S Sd, h

Để an toàn hệ số k lấy ở cao trình đỉnh mái tức là Z=11,25(m)⇒ k=1,02

Trị số S tính theo công thức sau:

+

-+

3600 7200 10800

126.7 143.11

153.5

Sơ đồ gió trái tác dụng vào khung trục 9

+

-+

3600 7200 10800

168.94 190.81

204.65

Sơ đồ gió phải tác dụng vào khung trục 9

TABLE: Element Forces – Frames Fram

e

Statio

n

OutputCas e

TABLE: Element Forces – Frames Fram

e

Statio

n

OutputCas e

TABLE: Element Forces – Frames Fram

e

Statio

n

OutputCas e

TABLE: Element Forces – Frames Fram

e

Statio

n

OutputCas e

Tổ hợp nội lực theo TCVN 2737-1995 (Điều 2.4)

- Tổ hợp cơ bản 1: Tĩnh tải + 1 trường hợp hoạt tải với hệ số tổ hợp là 1

- Tổ hợp cơ bản 2: Tĩnh tải + 2 trường hợp hoạt tải trở lên với hệ số tổ hợp là 0,9

Trên cơ sở đó ta có cấu trúc tổ hợp như sau :

BẢNG TỔ HỢP MÔMEN KHUNG TRỤC 9

Phần tử Tiết

diện

Phần tử Tiết

diện

BẢNG TỔ HỢP LỰC CẮT KHUNG TRỤC 9

BẢNG TỔ HỢP NỘI LỰC CỘT KHUNG TRỤC 9

Tiết

diện Nội lực

TRƯỜNG HỢP TẢI TRỌNG TỔ HỢP CƠ BẢN 1 TỔ HỢP CƠ BẢN 2

TT HT1 HT2 GT GP MMAX M MIN M TU M MAX M MIN M

5.2

M(kNm) 0.40 -0.92 1.23 -8.14 8.14 8.54 -7.75 0.70 8.83 -7.76 8.00 N(kN) -88.07 -14.86 -21.84 13.08 -13.14 -101.21 -74.99 -124.77 -119.56 -89.67 -132.93

0.0

M(kNm) -2.12 0.34 -1.09 3.31 -3.32 1.19 -5.44 -2.87 1.17 -6.09 -5.78 N(kN) -60.28 -18.30 -2.83 4.82 -4.86 -55.46 -65.14 -81.41 -72.41 -67.20 -83.67

3.6

M(kNm) 3.28 1.28 -0.39 -4.23 4.22 7.50 -0.94 4.18 8.24 -0.87 7.89 N(kN) -55.33 -18.30 -2.83 4.82 -4.86 -60.19 -50.51 -76.46 -76.17 -53.54 -78.72

0.0

M(kNm) -2.31 -1.60 0.56 1.09 -1.10 - -3.91 -1.74 - -4.73 -2.79 N(kN) -22.76 1.36 -5.87 1.00 -1.05 - -21.40 -28.63 - -22.48 -28.98

3.6

M(kNm) 0.37 0.22 0.71 -1.60 1.61 1.98 -1.23 1.08 2.66 -0.87 2.46 N(kN) -17.81 1.36 -5.87 1.00 -1.05 -18.86 -16.82 -23.68 -22.81 -15.69 -24.03

0.0

M(kNm) -12.83 -6.93 1.45 40.33 -39.67 27.51 -52.49 -18.30 24.78 -54.76 18.54 N(kN) -519.11 -79.97 -67.24 -1.30 1.36 -520.41 -517.75 -666.32 -580.80 -589.86 -652.77

5.2

M(kNm) 25.45 14.10 -3.11 -29.01 29.77 55.22 -3.56 36.45 64.94 -3.46 9.24 N(kN) -507.67 -79.97 -67.24 -1.30 1.36 -506.31 -508.97 -654.88 -578.42 -569.36 -641.33

0.0

M(kNm) -46.42 -17.26 -4.45 14.42 -13.81 - -68.12 -68.12 - -78.38 -52.97 N(kN) -340.38 -36.58 -47.70 -0.22 0.25 - -424.66 -424.66 - -416.00 -416.42

3.6

M(kNm) 37.82 3.73 16.48 -14.28 14.80 58.03 - 58.03 69.33 - 43.16 N(kN) -332.46 -36.58 -47.70 -0.22 0.25 -416.74 - -416.74 -408.08 - -408.50

0.0

M(kNm) -57.44 -0.05 -16.69 6.97 -6.36 - -74.18 -74.18 - -78.23 -72.50 N(kN) -169.54 -17.60 -4.69 0.02 0.02 - -191.83 -191.83 - -189.58 -189.60

3.6

M(kNm) 87.66 9.38 4.78 -5.48 5.81 101.81 - 101.81 105.62 - 100.40 N(kN) -161.62 -17.60 -4.69 0.02 0.02 -183.91 - -183.91 -181.66 - -181.68

0.0

M(kNm) 12.56 6.87 -1.25 39.92 -40.59 52.49 -28.03 18.19 54.68 -25.09 -18.91 N(kN) -513.69 -75.78 -59.43 8.24 -8.15 -505.44 -521.84 -648.90 -574.47 -574.50 -642.71

M(kNm) -25.67 -13.81 2.47 -30.28 29.53 3.86 -55.95 -37.02 3.12 -65.36 -9.31 N(kN) -502.25 -75.78 -59.43 8.24 -8.15 -510.40 -494.00 -637.46 -563.06 -563.03 -631.27

0.0

M(kNm) 45.79 17.01 5.25 14.58 -15.19 68.05 - 68.05 78.95 - 52.16 N(kN) -338.57 -29.70 -47.13 2.40 -2.34 -415.40 - -415.40 -405.56 - -409.83

3.6

M(kNm) -38.11 -4.58 -16.38 -15.24 14.72 - -59.07 -59.07 - -70.70 -43.73 N(kN) -330.65 -29.70 -47.13 2.40 -2.34 - -407.48 -407.48 - -397.64 -401.91

0.0

M(kNm) 57.19 0.71 16.27 6.35 -6.96 74.17 - 74.17 78.19 - 66.22 N(kN) -176.66 -18.70 -1.66 0.20 -0.12 -197.02 - -197.02 -194.80 - -195.09

3.6

M(kNm) -86.11 -9.18 -5.10 -5.61 5.28 - -100.40 -100.40 - -104.02 -94.22 N(kN) -168.74 -18.70 -1.66 0.20 -0.12 - -189.10 -189.10 - -186.88 -187.17

C10

0.0

M(kNm) 0.22 -0.34 0.33 9.61 -9.61 9.83 -9.39 0.21 9.16 -8.74 8.86 N(kN) -76.90 -7.95 -15.19 -20.02 19.93 -96.92 -56.97 -100.03 -108.59 -66.11 -115.74

5.2

M(kNm) -0.49 0.71 -0.68 -8.56 8.56 8.07 -9.05 -0.46 7.85 -8.81 -8.17 N(kN) -69.75 -7.95 -15.19 -20.02 19.93 -49.82 -89.77 -92.88 -58.96 -101.44 -108.59

C11

0.0

M(kNm) 2.14 -0.44 0.49 3.95 -3.95 6.09 -1.81 2.18 6.13 -1.81 5.74 N(kN) -48.44 -13.73 -0.38 -7.01 6.95 -55.45 -41.50 -62.56 -55.10 -54.55 -67.45

3.6

M(kNm) -3.60 -0.78 0.49 -4.60 4.60 1.00 -8.20 -3.89 0.98 -8.44 -8.00 N(kN) -43.49 -13.73 -0.38 -7.01 6.95 -36.55 -50.50 -57.61 -37.59 -62.16 -62.50

C12

0.0

M(kNm) 3.09 1.11 -0.41 1.11 -1.11 4.20 - 2.68 5.08 - 3.72 N(kN) -12.93 2.31 -5.57 -1.22 1.14 -14.15 - -18.50 -11.95 - -19.04

3.6

M(kNm) -1.37 -0.25 -0.66 -1.50 1.49 0.11 -2.88 -2.03 - -3.54 -3.32 N(kN) -7.98 2.31 -5.57 -1.22 1.14 -6.84 -9.20 -13.55 - -12.01 -14.09