ĐỒ ÁN MÔN HỌC: KẾT CẤU BÊ TÔNG SÀN SƯỜN TOÀN KHỐI LOẠI BÀN DẦM

Tài liệu này được biên soạn theo tiêu chuẩn thiết k ế kết cấu bêtông và bêtông cốt thép hiện hành của Việt Nam, TCXDVN 356 : 2005.. Tài liệu này chỉ trinh bày những vấn đề cơ bản khi tín

LỜI NÓI ĐẦU

Đồ án môn học kết cấu bêtông "Sàn sườn to à n k h ố i lo ạ i b ả n d ầ m "

là một trong những đồ án quan trọng của chương trinh đào tạo kỹ sư xây

dư n g Đồ á n g iú p s in h v iê n v ậ n d ụ n g tổ n g hỢp v à s á n g tạ o cá c k iế n th ứ c

đã học đ ể tính toán các kết cấu bêtông cốt thép thường gặp, làm quen với cóng tác thiết k ế thực tế Nội dung chính của đồ án là thiết k ế kết cấu bản san, dầm p h ụ và dầm chính của sàn sườn toàn khôi loại bản dầm.

Tài liệu này được biên soạn theo tiêu chuẩn thiết k ế kết cấu bêtông và bêtông cốt thép hiện hành của Việt Nam, TCXDVN 356 : 2005 Tiêu chuẩn này được Bộ X ây dựng ban hành theo Quyết định sô' 34 /2005 / QĐ-BXD

và có hiệu lực từ tháng 11 năm 2005, dùng đ ể thay thê cho tiêu chuẩn

TC VN 5574 : 1991.

Tài liệu này chỉ trinh bày những vấn đề cơ bản khi tính toán thiết k ế sàn sườn toàn khôi loại bản dầm, tóm tắt các bước thực hiện đồ án và một thí dụ tín h toán cụ thể Do vậy, sinh viên cần tham khảo thêm các giáo trinh "Kết cấu bêtông cốt thép" Trong khi biên soạn, chúng tôi chú trọng nhiều đến p h ầ n kỹ năng thực hành với những giải thích ngắn gọn và

m inh họa cấu tạo bêtông cốt thép.

Tài liệu này được dùng làm tài liệu học tập uà hướng dẫn đồ án cho sinh viên ngành X ây dựng của các trường đại học, đồng thời có th ể làm tài liệu tham khảo cho các kỹ sư thiết k ế công trình H y vọng tài liệu này sẽ

hỗ trợ có hiệu quả cho hạn đọc.

Chúng tôi xin chân thành cảm ớn các cán hộ giảng dạy Bộ môn Công trình, Khoa Kỹ th u ậ t Xây dựng, Trường đại học Bách khoa TP.HCM đã

đ ỏ n g g ó p ý k iế n tr o n g q u á tr in h b iên soạn.

Chắc rằng, tài liệu này không tránh khỏi thiếu sót Chúng tôi rất mong

n h ậ n đưỢc n h ữ n g ý k iế n đ ó n g g ó p q u í b áu , c h â n tin h c ủ a b ạ n đ ọ c đ ể tà i

liệu ngày càng được hoàn thiện.

Mọi ý kiến đóng góp xin gửi về Bộ môn Công trình - Khoa Kỹ thuật Xây dựng, Trường Đại học Bách khoa - Đại học Quốc gia TP.HỌM Địa chỉ:

268, L ý Thường Kiệt, quận 10, TP.HCM Điện thoại: (08) 8 645 143.

Các tá c giả

CÁC KÝ HIỆli

1 KÍCH THƯỚC HÌNH HỌC

L| - chiều dài cạnh ngắn của ô bản

Li - chiều dài cạnh dài của ô bản

L„ - nhịp tính toán của nhịp giữa

L^b - nhịp tính toán của nhịp biên

t - chiều dày tường chịu lực

c - chiều dài đoạn cấu kiện kê lên tường

b - chiều rộng tiết diện

h - chiều cao tiết diện

hb - chiều dày bản sàn

b'- - chiều rông ban cánh tiết diện chữ T

h'f - chiêu dày bản cánh tiết diện chữ T

Sf - độ vuofn bản cánh tiết diện chữ T

a - khoảng cách từ trọng tâm cốt thép chịu kéo

đến mép bêtông chịu kéo

ho - chiều cao có ích tiết diện

d - đường kính cốt thép

@ - khoảng cách cốt thép

s - khoảng cách cốt đai

a„ - chiểu dày lớp bêtông bảo vê cốt thép chịu lực

t - khoảng cách thông thủy giữa hai thanh thép

a - góc uốn cốt thép

A, - diện tích cốt thép chịu kéo

2 TẢI TRỌNG, NGOẠI L ự c VÀ NỘI L ự c

- hệ số độ tin cậy về tải trọng

g - tĩnh tải tính toán phân bố

rĩi,mm

m ,m m

m ,m m

m ,m mmmmm

m ,m mm,rĩim

m ,m mmmmmmmmm

im,mmmmmmmmmmmmđộ

■nm^ĩim^

kN/m,

kĩí/m hoạt tải tiêu chuẩn kN/m^

3 ĐẶC TRUNG VẬT LIỆU

V - hệ số Poisson

4 CÁC HỆ SÔ KHÁC

a - hệ số xác định biểu đồ bao lực cắt

a ^ , ị - hệ số tính toán cốt thép

ttpi, ^p| - hệ số điều kiện hạn chế khi tính theo sơ đồ khớp dẻo

ttR, - hệ số điều kiện hạn chế khi tính theo sơ đồ đàn hồi

- hệ số điều kiện làm việc của bêtông

^ - hàm lượng cốt thép

- hàm lượng cốt thép tối đa

- hàm lượng cốt thép tối thiểu

n - số nhánh cốt đai

Phần 1

SÀN SƯỜN TOÀN KHỐI LOẠI BẢN DẦM

1 GIỚI THIỆU ĐỔ ÁN

1.1 Mục đích

Đồ án môn học kết cấu bêtông “Sán sườn toàn khôi loại bản d ầ m ”

(ĐABTl) tạo điều kiện cho sinh viên chuyên ngành Xây dựng vận dụng tổng h()p và sáng tạo các kiến thức đã học để giải quyết bài toán thiết kế kết cấu bétông cốt thép cụ thể Sinh viên được yêu cầu thiết kế hệ thống kết cấu sàn

và dầm của một công trình nhà công nghiệp

Để làm tốt đồ án này, sinh viên phải nắm vững kiến thức cơ bản của các môn học: sức bền vật liệu, cơ học kết cấu, vẽ kỹ thuật xây dựng và đặc biệt

là giáo trình kết cấu bêtông cốt thép 1 và 2

Đồ án giúp sinh viên nắm được trình tự thiết kế một kết cấu bêtông cốt thép từ bước chọn sơ bộ kích thước tiết diện, chọn sơ đồ tính, xác định tải trọng tác dụng, xác định nội lực, tổ hợp nội lực, tính cốt thép, chọn và bố trí cốt thép chịu lực và cốt thép cấu tạo, kiểm tra khả nâng chịu lực đến việc thể hiện các kết quả tính toán thành bản vẽ chi tiết có thể thi công được Qua quá trình thực hiện đồ án, sinh viên còn có dịp để rèn luyện kỹ năng thiết kế

và nhất là rèn luyện kỹ năng thể hiện bản vẽ kết cấu Đây là kỹ năng rất quan trọng đối với người kỹ sư xây dựns, đồng thời là dịp để rèn luyện tác phong của người thiết kế: chính xác, cẩn thận, trung thực Đây là những đức tính cần thiết đối với người cán bộ thiết kế công trình

1.2 Nội dung

Nội dung chủ yếu của đồ án là tính toán thiết kế ba kết cấu chịu lực cơ bản của công trình: bản sàn, dầm phụ và dầm chính Kết cấu cột và móng,

Tiình tự thiết k ế một kết cấu bêtông cốt thép bao gồm:

2 Xác định tải trọng tác dụng: tĩnh tải và hoạt tải, tải trọng tiêu chuẩn và tải trọng tính toán.

cấu kiện, mặt cắt, kích thước, trục định vị có bảng thống kê cốt thép, bảng tổng hợp cốt thép và bảng chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật Bản vẽ phải thể hiện sao cho người khác đọc có thể hiểu và thi công được.

Dầm chínhMặt cắt dọc Biểu đổ vật liệu Các mặt cắt ngang

Bảng thống kê cốt thép

Bảng tổng hợp cốt the^p

Bảng chỉ tiêu kinh tế kỹ thuậtGhi chú Khung tên

Hình L2, Bố cục bản vẽ

TKƯỜNG r ) Ạ l H (.)C B Á C H K H O A T H H C M

KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

BỘ MÔN CÔNG'1'RÌNH

ĐAMH KẾT CẤU BÊTÔNG 1 o'

SÀN SƯỜN TOÀN KHỐI LOẠI BAN DAM

o(No:

- Nếu — < 2 : bản làm việc 2 phương (loại bản kê);

- Nếu — > 2 : bản làm việc 1 phương (loại bản dầm)

Trong đó;

L| - chiều dài cạnh ngắn của ô bản;

Ln - chiều dài cạnh dài của ô bản.

Nội dung ĐABTl chỉ xét loại bản dầm Hệ truyền lực trong sàn sưòn toàn khối loại bản dầm theo đúng trình tự: bản sàn chịu trực tiếp tải trọng, truyền

tường chịu lực; từ dầm chính sẽ truyền tiếp lên cột và tường chịu lực; sau đóxuống móng và nền

L| - chiều dài cạnh ngắn của ô bản;

h„ị„ - chiều dày tối thiểu của bản sàn, theo TCXDVN 356 : 2005 thì

= 60 mm đối với sàn giữa các tầng của nhà sản xuất,

= 50 mm đối với sàn nhà ở và công trình công cộng,

= 40 mm đối với sàn mái

- Kích thước tiết diện chọn sơ bộ phải được kiểm tra sau khi tính được cốt

diện và tính lại (hình 2.1).

Chọn sơ bộ tiết diện

>f

^ k ế t t ằ ắ c ^

Hinh 2.1 Lưu đổ chọn kích thước tiết diện hợp lý

2.3 Sơ đồ tính

Sàn thuộc loại bản dầm, cắt theo phưomg cạnh ngắn (phương L|) một dải

có chiều rộng b = 1 m (hình 1.1) Sơ đồ tính bản sàn là dầm liên tục nhiều nhịp, gối tựa là tường biên và các dầm phụ (hình 2 2 )

Bản sàn được tính theo sơ đồ khóp dẻo, nhịp tính toán lấy theo mép gối tựa, cụ thể như sau;

Đối với nhịp biên;

L o b = L " dp

Đối với các nhịp giữa:

Trong đó:

L„b - nhịp tính toán của nhịp biên;

L„ - nhịp tính toán cúa nhịp giữa;

L| - chiều dài cạnh ngắn của ô bản;

bjp - chiểu rộng dầm phụ;

t - chiều dày tường chịu lực, t = 340 mm;

Q - đoạn bản kê lên tường, chọn Q, > (hị,; 1 2 0 mm)

Ỵf p - hệ số độ tin cậy về tải trọng của hoạt tải;

p"" - hoạt tải tiêu chuẩn

- Tại nhịp biên lấy L = L„,„ gối thứ 2 lấy L = maxịL,,^; L J , các nhịp giữa

và gối giữa lấy L = L„.

- Trong bản sàn thông thường bêíông dã đủ khả năng chịu cắt nén không cấn xác dinh lưc cắt.

Do bản sàn tính nội lực theo sơ đồ khớp dẻo nên điều kiện hạn chế khi tính theo bài toán cốt đơn:

(2.14)khi Rb < 15 MPa thì t t p , = 0,3 và = 0,37

15 < Rh < 25 MPa thì phải nội suy t t p i và ập|

Kiểm tra hàm lượng cốt thép:

= 0,05% < ^ = ^ < n „ , = 4p, ^

Hàm lượng cốt thép hợp lý:

- Đối với loại bản dầm Ịihgpiý = (0,3 -f- 0,9)%

Kết quả tính cốt thép nên tóm tắt thành bảng

Bảng 2.1 Tính cốt thép cho bản sàn

(2.17)

M(kNm)

A

(mmVm)

(%)

ụ-Qiọn cốt thép

(mm)

@(mm) (mmVm)

Trong đó:

b - chiều rộng tiết diện, b = 1 0 0 0 mm;

h - chiều cao tiết diện, h =

hj, - chiều cao có ích tiết diện;

a - khoảng cách từ trọng tâm cốt thép chịu kéo đến mép bêtông chịu kéo;

M - mômen nội lực;

Rị, - cưòng độ chịu nén tính toán của bêtông;

Yh - hệ số điều kiện làm việc của bêtông;

- cường độ chịu kéo tính toán của cốt thép;

1 0 0 < @ < 2 0 0 đối với cốt thép chịu mômen âm, chênh lệch diện tích cốt thép AAj <5%

- Uốn cốt thép theo góc nghiêng 30° hoặc tỉ số 1 : 2

- Đối với các ô bản có dầm liên kết ở bốn biên, vùng gạch chéo trên hình 2.4, do ảnh hưcmg của hiệu ứng vòm khi hình thành khổfp dẻo, ở các nhịp giữa và gối giữa có sự phân phối lại nội lực nên được phép giảm bớt lượng cốt thép so với kết quả tính được Lượng cốt thép giảm tối đa 20%

d6 @ 2 0 0 50%A gối giữa

r r = 7 u

d ầ m c h ín h

D -D

Hình 2.5 Cốt thép chịu mômen ám theo cấu tạo

- Cốt thép phân bố chọn theo điều kiện sau:

7,5d; uốn tay 4,5d; uốn m áy

fN

(2.19)

Chú thích: Các đoạn chiều dài lâỳ theo bội sô'của 10 mm; chọn a„ = 10 mm khi lii, < 100 mm và a„ = 15 mm khi hi, > 100 mm.

Hình 2.6 Qui cách uốn cốt thép trong bản sàn

Cách bố trí cốt thép trong bản sàn được thể hiện trên hình 2.7 Trong đó,

hệ số a được lấy như sau;

^U/6IZ

Hinh 3.1 Sơ đồ xác định nhịp tính toán của dầm phụ

Nhịp tính toán của dầm phụ lấy theo mép gối tựa

Đối với nhịp biên:

Đối với các nhịp giữa:

(3.1)

(3-2)Trong đó:

Qp - đoạn dầm phụ kê lên tưèmg, lấy bằng kích thước một viên gạch,

Trong đó:

g - hệ sô' độ tin cậy về tải trọ n g , Yf g = 1 , 1 ;

Yb, - trọng lượng riêng của bêtông, Yb, = 25 kN /m \

Tĩnh tải từ bản sàn truyền vào:

3.3.1 Biểu đồ bao m ôm en

Khi chênh lệch giữa các nhịp tính toán AL„ < 10%, thì tung độ biểu đồbao mômen của dầm phụ tính theo sơ đồ khớp dẻo được xác định như sau:

Mômen âm bằng không ở nhịp biên cách gối thứ 2 một đoạn kL, mômen dương lớn nhất ở nhịp biên cách gối biên một đoạn 0,425L, mômen dưoíng bằng không cách gối tựa một đoạn 0,15L

L i n t V '

- Các tiết diện trên biểu đồ bao mômen cách nhau 0,2L.

- Tại nhịp biên lấy L = L„fc, gối thứ 2 lấy L = max(L„i,; L J , các nhịp giữa

và gối giữa lấy L = L„.

Hình 3.3 Biểu đồ bao nội lực của dấm phụ

3.4 Tính cốt thép

3.4.1 Cốt dọc

Dầm được đổ toàn khối với bản sàn nên khi tính cốt thép xem một phần bản cánh cùng tham gia chịu lực với sưòn Tùy theo giá trị mômen âm hay dương mà có thể xét hoặc không xét bản cánh trong tính toán

1 - - ĩ

•

1 1 ỉ L

1 1 1 1b,

u dp

J=

Hình 3.4 Tiết diện tính toán cốt tliép của dầm phụ

a )T ạ i tiết diện ở nhịp

Tương ứng với tiết diện chịu mômen dương, bản cánh nằm trong vùng chịu nén nên cùng tham gia chịu lực với sườn, tiết diện tính toán là tiết diện chữ T

Xác định độ vươn của bản cánh Sf!

tế khi dầm và sàn đổ toàn khối đều thỏa điều kiện này.

- Nếu M > M, thì trục trung hòa qua sườn, tính cốt thép theo bài toán cấukiện chịu uốn tiết diện chữT

b) Tại tiết diện ở gối

Tương ứng với tiết diện chịu mômen âm, bản cánh nằm trong vùng chịu kéo nên xem như không tham gia chịu lực với sưòn, tính cốt thép theo bàitoán cấu kiện chịu uốn tiết diện chữ nhật (bjpXh;jp)

Kết quả tính cốt thép nên lập theo bảng 3.1

Bảng 3.1 Tính cốt thép dọc cho dầm phụ

(kNm)

As(mm')

ụ

(%)

Chọn cốt thépChọn

(mm’)

Ghi chú:

- Chiều cao bản cánh hf' - /í/,.

- Gid thiết a = (35 -ỉ-50) inrn.

- Do tính theo sơ đồ khớp dẻo nên điều kiện hạn chế a„, < ap/.

- Hám lượng cốt thép hợp lý đối với dấm: Miu/piỳ = (0,8 -r 1,5)%.

có giới hạn nhất định, không yêu cầu tính khung mà chỉ tính dầm Gần đúng, cho phép tách dầm ra khỏi hệ khung, xem dầm chính là dầm liên tục tựa lên tưòmg biên và các cột Mức độ chính xác trong trường hợp này có thể chấp nhận được khi độ cứng đcm vị của dầm lớn hofn bốn lần độ cứng đơn vị của cột:

(4.1)

Trong đó:

i<j, - độ cứng đơn vị của dầm, cột;

Lj, L, - chiều dài của dầm, cột;

■ U

'-uu

Yf g - hệ số độ tin cậy về tải trọng, Ỵf g = 1,1;

Yb, - trọng lượng riêng của bêtông, Yb, = 25 kN/m^;

s„ - diện tích xác định trọng lượng bản thân dầm chính,

4.3.1 Biểu đồ bao mômen

Cách tỉm biểu đồ bao mômen:

- Đặt tĩnh tải G lên toàn bộ dầm tìm được biểu đồ mômen

Mc Xét từng trưòfng hợp bất lợi của hoạt tải p Tương ứng với mỗi trưcmg hợp đặt hoạt tải P| tìm được biểu đồ mômen Mp| Tung độ của biểu đồ mômen tại tiết diện bất kì của từng trường hợp đặt tải được xác định theo công thức:

Mp = a x G x L

Mpị = a x P x L

Trong đó; a - hệ số tra phụ lục 9

- Lần lượt đem cộng biểu đồ mômen Mc với từng biểu đồ mômen Mpi ta

sẽ được biểu đồ mômen thành phần Mị tưomg ứng:

- Vẽ chồng các biểu đồ mômen thành phần Mị lên cùng một hệ trục vớicùng một tỉ lệ Biểu đồ bao mômen chính là đưcmg viền ngoài cùng của cácbiểu đồ mômen thành phần M|

Xét hai tiết diện a và b cách nhau một đoạn X, chênh lệch mômen của hai

X

Lim ý:

- Tận dụng tính đối xứng của dầm đ ể giảm s ố lượng các trường hợp dặt tải.

- Hệ sô' a, p chỉ cho ở một sô' tiết diện quan trọng, muốn có dược biểu đồ nội lực trong tìừig nhịp của dầm cẩn phải thực hiện các phép'tính b ổ trợ theo cơ học kết cấu Đem cắt nhịp dầm ra xem như một dầm tĩnh định, đặt thêm mômen, lực cắt ở gối tựa đã tính được rồi thực hiện giải dầm.

4.4 Tính cốt thép

4.4.1 Cốt dọc

Tương tự dầm phụ, cần lưu ý một số điểm khác biệt:

- Dầm ngàm với cột tại ví trí mép gối Do đó, khi tính cốt thép tại các gối phải dùng mômen mép gối, M„g, xác định theo phương pháp tam giác đồng dạng, để tiết kiệm cốt thép

- Do dầm chính tính theo sơ đồ đàn hồi nên điều kiện hạn chế khi tính cốtthép là < ttR

- Giả thiết a„(,ịp = (50 ^ 60) mm; ag(5i = (70 -ỉ- 100) mm (cốt thép dọc ở mặt trên của dầm chính thường đặt xuống phía dưới cốt thép dọc của dầm phụ)

- Chiều rộng bản cánh đưa vào tính toán:

i 1

Hình 4.5 Tiết diện tính toán cốt thép của dầm chính

4.4.2 Cốt ngang

đai và cốt xiên chịu lực cắt

4.4.3 Cốt treo

Tại vị trí dầm phụ kê lên dầm chính, do tải tập trung lófn, để tránh pháhoại cục bộ cho dầm chính, phải đặt thêm cốt treo gia cườiig Cốt treo giacường có hai dạng; dạng cốt đai và dạng vai bò lật ngược (cốt V)

1

1

1 1

(4.13)