Giáo trình Hướng dẫn đồ án môn học Bê tông cốt thép

T ải trọng từ s àn truy ền v ào d ầm được xác định gần đúng theo diện tích truyền. t ải như trên mặt bằng s àn.[r]

TRƯỜNG CAO ĐẲNG XÂY DỰNG THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA XÂY DỰNG

-O0O -

GIÁO TRÌNH

HƯỚNG DẪN ĐỒ ÁN MÔN HỌC

BÊ TÔNG CỐT THÉP

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TÍNH TOÁN SÀN PHẲNG BTCT 1

1.1 Vật liệu 1

1.2 Chọn sơ bộ kích thước 1

1.3 Xác định tải trọng sàn 1

1.4 Xác định sơ đồ tính 2

1.5 Xác định nội lực 3

1.6 Tính toán cốt thép sàn 4

1.7 Bố trí cốt thép sàn 5

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN KHUNG PHẲNG BTCT 7

2.1 Vật liệu 7

2.2 Phân tích sự làm việc của khung 7

2.3 Chọn sơ bộ kích thước 8

2.4 Chọn sơ đồ tính 11

2.5 Xác định tải trọng tác dụng lên khung 13

2.5.1 Tải trọng đứng 13

2.5.2 Tải trọng ngang 23

2.6 Xác định nội lực 24

2.6.1 Nguyên lí chất tải lên khung 24

2.6.2 Tổ hợp nội lực 26

2.7 Tính toán cốt thép khung 28

2.7.1 Tính toán cốt thép dầm 29

2.7.2 Tính toán cốt thép cột 34

2.7.3 Kiểm tra lại kích thước dầm, cột 38

2.8 Bố trí cốt thép khung 39

2.8.1 Bố trí cốt thép dầm 39

2.8.2 Bố trí cốt thép cột 40

2.8.3 Cấu tạo cốt thép nút khung 41

CHƯƠNG 3: VÍ DỤ TÍNH TOÁN KHUNG PHẲNG BÊTÔNG CỐT THÉP 47 3.1 Nội dung đồ án 47

3.2 Tính toán sàn tầng điển hình 47

3.2.1 Vật liệu 47

3.2.2 Chọn sơ bộ kích thước 48

3.2.3 Xác định tải trọng sàn 48

3.2.4 Xác định sơ đồ tính 49

3.2.5 Xác định nội lực 50

3.2.6 Tính toán cốt thép sàn 51

3.2.7 Bố trí cốt thép sàn 52

3.3 Tính toán khung phẳng trục 2 58

3.3.1 Vật liệu 58

3.3.2 Phân tích sự làm việc khung 58

3.3.3 Chọn sơ bộ kích thước khung trục 2 58

3.3.4 Xác định sơ đồ tính 62

3.3.5 Xác định tải trọng tác dụng lên khung trục 2 62

3.3.6 Xác định nội lực khung trục 2 71

3.3.7 Tính toán cốt thép khung trục 2 76

3.3.8 Bố trí cốt thép khung trục 2 77

PHỤ LỤC 107

TÀI LIỆU THAM KHẢO 111

Chương 1 TÍNH TỐN SÀN BÊ TƠNG CỐT THÉP

1.1 Vật liệu :

Đối với bê tơng: sử dụng bê tơng nặng cĩ cấp độ bền khơng nhỏ hơn B15 Đối với cốt thép thường (khơng căng ): trong lưới buộc của kết cấu bản dùng cốt thép AI

1.2 Chọn sơ bộ kích thước

Chiều dày sàn phụ thuộc vào nhịp và tải trọng tác dụng, cĩ thể sơ bộ xác định chiều dày sàn theo các cách sau đây :

25

1

h 

Sàn 2 phương:



















































nhẹ tông bê dùng Khi

nặng tông bê dùng Khi : L 42

1 38 1

: L 50

1 45 1

cm 14 8 h

1

1 b

Dầm phụ :

Chiều cao tiết diện dầm phụ :

mm 200 h

4

1 2

1 b

L 20

1 12

1 h

dp dp

dp



































Dầm chính :

Chiều cao tiết diện dầm chính :

mm 200 h

4

1 2

1 b

L 12

1 8

1 h

dc dc

dc



































Bề rộng tiết diện dầm : b0 , 30 , 5h200

1.3 Tải trọng trên sàn

- Tỉnh tải tính tốn: trọng lượng các lớp cấu tạo sàn như sau:

Hình 1.1: Cấu tạo sàn

+ Gạch: g 1  g  g n 1 ( kN / m 2 )

+ Lớp vữa lót: g 2  vl  vl n 2 ( kN / m 2 )

3 BTCT b

3  

4 vt vt

4  

i

s 

Trong đó:



 ; - chiều dày, trọng lượng riêng của vật liệu lớp thứ i

i

n - hệ số vượt tải của lớp sàn thứ i

i

g - trọng lượng bản thân của lớp cấu tạo sàn thứ i ( kN / m 2 )

- Hoạt tải tính toán: p s  p tc n p ( kN / m 2 )

tc

p - hoạt tải tiêu chuẩn tác dụng lên sàn Mỗi đồ án của sinh viên sẽ có

một giá trị riêng

p

n - hệ số vượt tải

- Tổng tải: q s g s  p s ( kN / m 2 )

1.4 Sơ đồ tính bản sàn

Đánh số thứ tự ô bản

Các ô bản được đánh cùng 1 số ô khi:

- Tải trọng giống nhau

- Liên kết chu vi giống nhau

Xác định loại ô bản:

Theo kinh nghiệm có thể xem

- Khi chiều cao dầm hd > 3hb  bản được ngàm lên dầm

- Khi chiều cao dầm hd < 3hb  bản được tựa lên dầm

Xét tỷ số cạnh dài và cạnh ngắn

1

2 



 l

l

: thuộc bản kê 4 cạnh, bản làm việc theo hai phương

1

2





l

l

cạnh ngắn

Bảng 1.1: Sơ đồ tính sàn

Ô số L1 L2 Tỷ số l2/l1 Loại ô bản

1.5 Xác định nội lực ( theo sơ đồ đàn hồi, ô bản đơn)

a Sàn 2 phương

Nội lực trong bản đơn :dùng bảng tra lập sẵn cho các ô bản

Hình 1.2: sơ đồ tính các ô sàn 2 phương

Công thức xác định mômen trong trường hợp tổng quát cho sàn 2 phương

+ Theo phương ngắn : M1 = mi1.P (kNm/m)

+ Theo phương dài : M2 = mi2.P (kNm /m)

= ki1.P (kNm /m)

+ Theo phương dài : MII

= ki2.P (kNm /m)

Trong đó :

 Pg s  p sl 1 l 2 là tổng tải trọng trên 1 ô bản

(gs , ps là tĩnh tải, hoạt tải phân bố đều trên ô bản có kích thước

l1xl2)

 i=1,2,…,11 là chỉ số loại bản

 Chỉ số 1,2 – chỉ phương đang xét là phương cạnh ngắn l1 hay phương cạnh dài l2

 Các hệ số mi1, mi2, ki1, ki2 được tra bảng phụ thuộc tỷ số l2/l1 và loại bản

b Sàn 1 phương

l 1

Cắt dải bản rộng 1m theo phương cạnh ngắn vuông góc với trục dầm  tính bản như dầm, tiết diện (b=1m; hb) gối lên các dầm Tổng quát ta sẽ có các sơ

đồ tính như sau:

L

q (kN/m)

1

L

1 ql2

9

128 ql

q (kN/m)

L

1

12 ql2

1

24 ql2

q (kN/m)

M

kN.m

2

Hình 1.3: sơ đồ tính các ô sàn 1 phương Bảng 1.2 Tóm tắt kết quả tính toán nội lực

1

2

L

kN.m

12

24 2 1

2 1

L

1.6 Tính cốt thép cho bản sàn

Tiết diện tính toán : b=1000mm ; h=hb ;

mm h

mm a

mm h

mm a

b

b

100 20

100 15













 ho=h-a

Tính như cấu kiện chịu uốn :

2

o b b m

bh R

M



 

tra bảng hoặc tính toán được  ;  1 12 m

tính cốt thép

s

o b b s

R

h b R

A . . . .



kiểm tra hàm lượng

% 100 R

R

% 100 bh

A

% 05 , 0

s

b b R max o

s min









Chọn thép :

chọn  6 ; 8 ; 10 f s 28 , 3 ; 50 , 3 ; 78 , 5 mm 2

s

s tt

s

s tt

A

f 1000 A

f b

@

@ 

@

b













Bảng 1.3 Tóm tắt kết quả tính cốt thép

Asc

(N.mm)

s bh

A





1.7 Bố trí thép cho bản sàn

a Cốt thép chịu lực (A s )

- Đường kính cốt thép Þ  1/10hb ; nên chọn một loại đường kính, hoặc hai loại chênh nhau đặt xen kẽ

- Khoảng cách cốt thép nhịp 70 @ 200 (với hb  150)

- Khoảng cách cốt thép gối 100 @ 200 (với hb  150)

b Cốt thép cấu tạo

+ Ơ mặt trên của bản : cần đặt thép phân bố đặt vào phía trong và vuông

góc với thép chịu mômen âm M-, tạo thành lưới, để liên kết các thép chịu M- Thường đặt  6 a250300

theo phương cạnh dài của bản (mà trong tính toán chưa xét đến

0

q 2  ) Diện tích cốt thép phân bố  0,15As (khi l2/l1  3) và  0,2As (khi 2<l2/l1 <3)

đã bỏ qua, như tại vị trí bản được chèn cứng vào tường (tính toán xem

là gối tự do), vùng bản phía trên dầm chính (có mômen âm theo phương cạnh dài q 2  ) 0

+ Đặt những cốt thép trên để tránh cho bản có những vết nứt do các

mômen đó gây ra, đòng thời để tăng độ cứng tổng thể của bản

+ Diện tích  1/3 As gối tính toán và  5Þ6 trên 1m dài

2 A

L2

Hình 1.4 Bản sàn một phương

L1

2 1

B 1

Hình 1.5 Bản sàn hai phương

Chương 2 TÍNH TỐN KHUNG PHẲNG BÊ TƠNG CỐT THÉP

2.1 Vật liệu :

Đối với bê tơng: sử dụng bê tơng nặng cĩ cấp độ bền khơng nhỏ hơn B15 Đối với cốt thép thường (khơng căng ): trong khung buộc của kết cấu dầm cột dùng cốt thép AI làm cốt đai và cốt dọc cấu tạo;thép AIII và AII làm cốt dọc chịu lực

2.2 Phân tích sự làm việc của khung

Giả thiết cĩ mặt bằng tầng thứ i của đồ án như sau:

Dầm ngang

II

I

Hình b

Dầm dọc

I-I

Hình c II-II

Cột I

2

II

6 5

Hình 2.1: phân tích sự làm việc khung

a/ Mặt bằng sàn tầng thứ i; b/ Khung ngang; c/ Khung dọc Các khung trong cùng một cơng trình liên kết thành khối khung Đây là cơng trình thuộc dạng khung chịu lực

Theo phương ngang: hệ cột và các dầm sàn ngang tạo thành các khung ngang Theo phương dọc: hệ cột và các dầm dọc tạo thành các khung dọc

Như vậy một cơng trình cĩ nhiều khung ngang và khung dọc

Khi chịu tải các khung ngang và các khung dọc hợp thành hệ khơng gian cùng chịu lực gọi là: khung khơng gian

Để đơn giản hĩa khi tính tốn, người ta qui ước như sau:

- Khi tỉ số L/B  1,5 (cơng trình cĩ mặt bằng chạy dài) nội lực chủ yếu gây

ra trong khung ngang và độ cứng của khung ngang nhỏ hơn nhiều lần độ cứng của khung dọc (khung ngang ít nhịp hơn khung dọc), cĩ thể xem gần đúng: khung dọc “tuyệt đối cứng” Vì thế cho phép tách riêng từng khung phẳng để tính nội lực

- Khi tỉ số L/B < 1,5 , độ cứng khung ngang và khung dọc chênh lệch không nhiều Lúc này phải tính nội lực theo không gian: khung không gian Trong phạm vi đồ án môn học này chỉ yêu cầu tính khung phẳng còn khung không gian chưa xét đến ( học sinh khá giỏi có thể tính)

Như đã phân tích ở trên, khung có độ cứng nhỏ thì nguy hiểm hơn khung có

độ cứng lớn Vậy khung ngang nguy hiểm hơn khung dọc Nhưng trong số khung ngang sẽ có một vài khung nguy hiểm nhất, để tìm khung nguy hiểm nhất có thể dựa vào một số điều kiện như sau: số nhịp của khung, diện truyền tải ( tải đứng, tải

ngang… )

2.3 Chọn sơ bộ kích thước

Việc chọn sơ bộ kích thước tiết diện, tốt nhất là dựa vào kinh nghiệm của người thiết kế trên cơ sở so sánh kết cấu cần thiết kế với những kết cấu tương tự đã được xây dựng các kích thước tiết diện cũng có thể được xác định bằng tính toán sơ

bộ

a Kích thước dầm

Có thể chọn sơ bộ kích thước theo nhịp L của dầm

mm 200 h 4

1 2

1 b

L m

1 h





















Bảng 2.1: Tham khảo giá trị m

m

L

Hình dáng dầm ngang

1 Thẳng

2 Gãy khúc – không có thanh căng – có thanh căng

3 Cong – không có thanh căng – có thanh căng

10 – 12

12 – 16

16 – 20

18 – 24

30 – 35

12 – 16

12 – 18

16 – 24

18 – 30

30 – 40

Hoặc tạm xem dầm ngang thẳng như dầm đơn giản kê lên gối tựa tự do Tính toán mômen lớn nhất trong dầm đơn giản đó do các tải trọng đặt lên nó ( tải TLBT,

sàn và tường nếu có) đặt lên nó gây ra và gọi là M Lấy mômen trong tiết diện của 0

dầm là M 0 , 60 , 7M 0

Khi đã sơ bộ chọn bề rộng dầm là b thì tính chiều cao làm việc của dầm theo công thức:

b b 0

R b

M 2 h



 Căn cứ vào h chọn ra chiều cao tiết diện h rồi xem xét tỷ lệ giữa h và b đã phù 0

hợp chưa Nếu tỷ lệ đó không chấp nhận được thì chọn lại b và tính lại

Cũng có thể tính h theo công thức sau với hệ số r chọn trong khoảng 0

35 , 2 15 , 2

3 0

b b

3 0

r

h 4 b

R

M r h







b Kích thước cột Tải trọng truyền xuống một cột bất kỳ theo diện truyền tải từ một tầng

Hình 2.2: Diện tích truyền tải của cột

2

L L









 Trong đó:

L1; L2 – nhịp khung

B – bước cột

Trong phạm vi diện truyền tải ,trường hợp tổng quát có các loại tải trọng sau

- Tải trọng tính toán sàn: gồm tĩnh tải và hoạt tải là qs (kN/m2)

) kN ( S q

G s  s i

- Trọng lượng bản thân dầm khung và dầm dọc

h h  n L kN

b

G d  d d  s  BTCT i

 

d t

i t t t t

h H H

kN L n H G





) kN ( H n h b

G c  c c  BTCT

Trong đó:



t – chiều dày, chiều cao của mảng tường



t – trọng lượng của bê tông cốt thép và tường

H – chiều cao tầng nhà

n – hệ số vượt tải

b

d ; hd – kích thước tiết diện dầm

h

s – chiều cao bản sàn

- Lực dọc tác dụng lên cột tại một tầng bất kỳ là:

c t d s







n 1 i i

N N

Trong đó:

n- số tầng trên tiết diện cột đang xét

- Thực tế cột còn chịu mômen do gió gây ra nên cần tăng lực dọc tính toán:

b b c

R

N k A

.

.



 Trong đó:

Hệ số k = 1,2 – 1,5 có thể lấy như sau : + Cột góc : k = 1,4 – 1,5

+ Cột biên : k = 1,3 – 1,4

+ Cột giữa : k = 1,2 – 1,3

Từ Ac tìm bcx hc của cột (đối với khung phẳng tiết diện ngang của cột hình chữ nhật là hợp lí nhất)

Thực tế trong cột có cốt thép chịu nén, do tính sơ bộ nên bỏ qua xét cốt thép chịu nén

Nếu công trình nhiều tầng có thể từ hai đến ba tầng thay đổi tiết diện cột một lần

Chú thích

Sau khi đã chọn kích thước dầm- cột, sẽ tiến hành tính toán nội lực, tính cốt thép cho từng cấu kiện Lúc này tiến hành kiểm tra lại kích thước tiết diện đã chọn, dựa vào hàm lượng cốt thép  min  max nếu không thỏa phải thay đổi kích thước tiết diện

Về nguyên tắc khi tiết diện đã thay đổi thì nội lực cũng thay đổi theo do đó phải tính lại nội lực Tuy nhiên nếu sự thay đổi tiết diện cấu kiện không lớn lắm thì

có thể không cần tính lại nội lực mà chỉ cần tính lại cốt thép (chỉ khi nào momen quán tính của tiết diện chọn sơ bộ và tiết diện chọn cuối cùng khác nhau quá hai lần thì phải tính lại nội lực theo độ cứng của tiết diện đã chọn)

Kết quả tính toán có thể tóm tắt như bảng 2.2

Bảng 2.2: Tóm tắt kết quả tính toán chọn tiết diện cốt

CỘT …

Dầm G d b dh d h s BTCT n L i kN

d t

i t t t t

h H H

kN L

n H G





Cột G c b c h c  BTCT n H ( kN )

Tiết diện cột tầng

…

b b

n 1 i c

R

N k A







Tiết diện cột tầng

…

b b

n 1 i c

R

N k A







2.4 Sơ đồ tính

Chọn sơ đồ tính là công việc hết sức quan trọng vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả tính toán

Sơ đồ tính phải phù hợp với sự làm việc thực tế của khung, phản ánh tương đối đúng các liên kết tại các mắt khung

Đối với khung toàn khối, sơ đồ tính là trục của dầm và cột, liên kết cột và móng là liên kết ngàm (hoặc khớp), liên kết cột – dầm vẫn xem là ngàm (nút cứng), liên kết cột- dàn vì kèo được xem khớp

Vị trí cột ngàm với móng tại mặt trên của móng

Đà kiềng thường xem không phải là bộ phận của khung ngang: (thiên về an toàn), độ cứng của đà kiềng nhỏ hơn độ cứng của dầm sàn, tại vị trí đà kiềng và cột

có chuyển vị ngang, trong một số trường hợp khoảng cách từ đà kiềng đến mặt trên móng rất nhỏ, nếu xem đà kiềng là dầm khung thì giá trị mômen tại chân cột nhỏ không an toàn Tuy nhiên đà kiềng có ảnh hưởng nhất định đối với khung như giảm chiều dài tính toán, giảm độ độ mảnh của cột tầng trệt và khắc phục lún không đều, tăng độ cứng không gian của công trình v.v…

Các giả thiết tính toán

- Khi tính toán khung thường giả thiết chiều sâu đặt móng Chiều sâu đặt móng phụ thuộc nhiều yếu tố như loại móng sẽ được thiết kế, sơ đồ địa chất v.v…(phần này sẽ phân tích kỹ trong móng) Thường gặp giả thiết chiều sâu đặt móng hcm =1.2 1.5m (khi tính móng sẽ kiểm tra lại)

- Khung là một kết cấu siêu tĩnh bậc cao, trong một số trường hợp nhằm mục đích giảm bậc siêu tĩnh có thể đưa ra một số giả thiết để đơn giản hóa việc tính toán nhưng không gây ảnh hưởng đáng kể đến kết quả Tuy nhiên hiện nay thường sử dụng các chương trình tính kết cấu đã lập trình sẵn nên chỉ chú ý một vài giả thiết đơn giản hóa sau:

bố đều

tạp khác có thể chuyển sang dạng phân bố tương đương (nếu thật cần thiết), nếu tính nội lực được từ các dạng tải đặc biệt thì không cần chuyển sang dạng phân bố đều tương đương

- Việc tính nội lực khung thường được tính theo sơ đồ đàn hồi với việc dùng độ cứng EJ của tiết diện, thật ra độ cứng của cấu kiện bêtông cốt thép là B Tuy nhiên vì tính theo độ cứng B khá phức tạp và hiện nay vẫn chưa có phương pháp tính nội lực theo B Vì thế theo qui phạm “Khi chưa

có phương pháp tính kể đến biến dạng dẻo của bêtông có thể tính toán kết cấu siêu tĩnh bằng bêtông cốt thép theo sơ đồ đàn hồi”

2.5 Xác định tải trọng tác dụng lên khung

Trước tiên phải xác định được diện truyền tải của khung đang xét ( bước cột chia đôi từ hai phía trục khung đang xét) Trong phạm vi diện truyền tải của khung ta

xác định các loại tải tác dụng lên khung

Tải trọng đứng:

- Tải trọng đứng dạng phân bố ( tải tác dụng trực tiếp lên dầm khung)

- Tải trọng đứng dạng tập trung ( tải tác dụng gián tiếp lên nút khung)

Tải trọng ngang: gió

Khi tính tải tác dụng lên dầm khung thì phải tính tải tập trung tại các nút khung do dầm dọc truyền vào

Khi tính tải tác dụng lên dầm khung (tải đứng) thì phải tính riêng cho từng trường hợp tải: tĩnh tải (tải trọng thường xuyên), hoạt tải dài hạn (tải trọng tạm thời dài hạn), hoạt tải ngắn hạn (tải trọng tạm thời ngắn hạn)

Khi quan niệm hoạt tải dài dạn có tác dụng giống như tĩnh tải, có thể gộp hoạt tải dài hạn vào tĩnh tải Trường hợp này tải tác dụng lên khung được tính như sau:

- Tĩnh tải + hoạt tải dài hạn

- Hoạt tải ngắn hạn

Nếu tính toán khung không yêu cầu độ chính xác cao có thể tính tải tác dụng lên khung như sau:

- Tĩnh tải

- Hoạt tải toàn phần = hoạt tải dài hạn + hoạt tải ngắn hạn

2.5.1 Tải trọng đứng 2.5.1.1 Tải trọng tác dụng lên dầm khungcó phương thẳng đứng dạng phân bố

Tải trọng từ sàn truyền vào dầm được xác định gần đúng theo diện tích truyền tải như trên mặt bằng sàn