ĐỒ ÁN KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP

Đồ án Kết cấu bê tông cốt thép Bê tông cốt thép 1 DA. KCNBTCT DA. BTCT1 Sinh viên thực hiện: Huỳnh Minh Dương Giáo viên hướng dẫn: Trần Văn Sơn Trường Đại học Xây dựng Miền Trung Mien Trung University of Civil Engineering

MỤC LỤC

CHƯƠNG I: THIẾT KẾ SÀN BẢN DẦM THEO SƠ ĐỒ KHỚP DẺO

1.1Giới thiệu về kết cấu và phân loại bản sàn

Mặt bằng dầm sàn thiết kế là sàn tầng của một nhà công nghiệp Hoạt tải sử dụngtiêu chuẩn trên sàn là 1310 daN/m2, kích thước lưới cột 5300x6000 mm2 Với côngtrình này, sử dụng trên sàn khá lớn, do đó phải bố trí hệ dầm phụ dày để giảm kíchthước ô bản nhằm tăng khả năng chịu lực cho bản sàn Theo đó, trên mỗi nhịp dầmchính bố trí 2 dầm phụ Nhiệm vụ của dầm phụ là tiếp nhận tải trọng sử dụng từ sàn

để truyền lên hệ dầm chính, tường chịu lực và về cột, tiếp đến xuống móng và nền

Xét tỉ số l2/l1 của các ô bản ta có:

2

1

5,3 2,65 2 2

l

l = = >

Kết luận: Các ô bản trên mặt bằng đã cho là ô sàn bản dầm, bản làm việc theo mộtphương, phương cạnh ngắn Trong trường hợp này, tải trọng chỉ truyền chủ yếu theophương cạnh ngắn lên dầm phụ, một phần ít tải trọng truyền lên dầm chính

1.2Chọn sơ bộ kích thước tiết diện và vật liệu sử dụng

Bảng 1.1 Các đặc trưng tính toán của vật liệu

Vật liệu Bê tôngB25 CB400-V Cốt thép CB240-T

-b. Chọn sơ bộ kích thước tiết diện các cấu kiện

- Sơ bộ chiều dày bản sàn được chọn theo công thức:

1.3Lập sơ đồ tính bản sàn (theo sơ đồ dẻo)

Để tính toán bản sàn, tiến hành cắt một dải có bề rộng 1m theo phương làm việc –phương cạnh ngắn (Hình 1.1) và xem như một dầm liên tục 12 nhịp

Gối tựa: Dải tính toán tựa lên tường chịu lực ở gối biên, liên kết này được xem laliên kết khớp; ở các gối giữa dải bản tính toán tựa lên các dầm phụ, liên kết này xem

là gối tựa

Để xác định nhịp tính toán cho dải tính toán (xem như dầm liên tục 12 nhịp), tiếnhành vẽ mặt cắt dọc dải tính toán – mặt cắt A-A trên Hình 1.1 Mặt cắt này được thểhiện trên Hình 1.2

Bản sàn được tính toán theo sơ đồ khớp dẻo, nhịp tính toán lấy theo mép gối tựa,

cụ thể như sau:

- Đối với nhịp biên, nhịp tính toán được lấy từ mép giao với đầm chính đến điểmđặt phản lực gối tựa ở gối biên – đoạn kê lên tường:

Hình 1.2 Sơ đồ xác định nhịp tính toán cho dải sàn (Mặt cắt A-A)

Sơ đồ tính toán của dải bản có bề rộng 1m được thể hiện trên:

Hình 1.3 Sơ đồ tính của bản sàn

1.4Xác định tải trọng tác dụng lên dải tính toán

Để xác định tải trọng tác dụng lên dải tính toán, trước tiên cần xác định trọnglượng bản thân sàn và hoạt tải tính toán tác dụng lên sàn

a. Trọng lượng bản thân sàn

Trọng lượng bản thân sàn được xác định dựa vào các lớp cấu tạo sàn (Hình 1.4)theo công thức:

2 ,, /

- giá trị tiêu chuẩn trọng lượng bản thân sàn

b. Hoạt tải tính toán tác dụng lên sàn

Giá trị hoạt tải tính toán tác dụng lên 1m2 sàn được xác định theo công thức:

2 , 13,1.1, 2 15,72 /

- hệ số độ tin cậy cảu hoạt tải, TCVN 2737 – 1995

c. Tổng tải trọng tác dụng lên dải tính toán có bề rộng 1m

Tải trọng tác dụng lên bản sàn là tải trọng phân bố đều, vì vậy tải trọng tác dụnglên dải có bề rộng 1m (ta xem như là một dầm liên tục) cũng là tải trọng phân bốđều, giá trị tải này được xác định theo công thức:

( ) 1 (4,05 15,72) 1 19, 77 /

s s s

q = g + p × m= + × m= kN m

Sơ đồ chất tải trọng lên dải tính toán được thể hiện trên Hình 1.5

Hình 1.5 Sơ đồ tải trọng tác dụng lên dải tính toán của bản sàn

1.5Xác định nội lực cho dải tính toán của bản sàn

a. Xác định momen

Bản sàn được tính theo sơ đồ khớp dẻo có kể đến sự hình thành khớp dẻo vàphân phối lại nội lực giữa các nhịp và các gối Giá trị momen cực đại tại các nhịp

và các gối của dải tính toán được xác định như sau:

- Momen dương cực đại ở nhịp biên:

2

0 ,11

s b nb

max ;

,11

s ng

s gg

q l

M = − kNm

b. Xác định lực cắt

Lực cắt trong bản tính toán được xác định theo các công thức sau:

- Đối với gối biên:

Kết quả xác định nội lực cho dải tính toán của bản sàn được lập thành Bảng 1.4

Bảng 1.4 Nội lực dải tính toán của bản sàn

5,69 5,82 4 -4 14,08 21,11 17,6

c. Biểu đồ nội lực của dải bản tính toán

Sau khi xác định được tung độ cực đại momen tại các nhịp và các gối và lực cắttại các gối, tiến hành vẽ biểu đồ momen và biểu đồ lực cắt cho bản Biểu đồmomen và lực cắt của dải bản tính toán được thể hiện trên Hình 1.6

Hình 1.6 Biểu đồ momen và lực cắt của dải bản tính toán theo sơ đồ dẻo

Tiết diện M kNm, αm ξ A m s, 2 µ, % φ, mm Chọn cốt théps mm, A mm sc, 2Nhịp biên 5,69 0,07 0,073 378,0

b. Kiểm tra khả năng chịu cắt cho bản sàn

Khả năng chịu cắt của bản sàn được kiểm tra với gối có giá trị lực cắt lớn nhất –

gối 2 bên với giá trị lực cắt:

21,11

T B

a. Chọn lớp bê tông bảo vệ

Thép chịu lực của bản sàn có đường kính φ =8mm

, chọn lớp bê tông bảo vệ:

Xét tỉ số:

2 1

5300

2, 65 2000

2 , 20% 20% 2 20%.387 77, 4

c. Xác định đoạn kéo dài thép mũ dọc dầm phụ, dọc dầm chính và dọc tường chịu lực

Thép mũ bố trí kéo dài cách mép gối một đoạn an 0

d. Xác định cốt thép chịu momen âm dọc tường biên và dọc dầm chính

Dọc theo dầm chính bố trí cốt thép mũ để đảm bảo khả năng chống nứt và chịulực cho bản sàn (Chịu các giá trị momen âm mà trong tính toán bỏ qua) Giá trị cốtthép này được xác định theo điều kiện:

2 ,

0 1780

296,67

b an

Cốt phân bố Dầm chính

Cốt cấu tạo chịu momen âm

0b / 6

l

≥

phát huy hết khả năng chịu lực, cần phải neo vào trong gối Chiều dài đoạn neo cốt

thép nhịp vào gối tựa:

10

an

l ≥ φ

;Thép cho bản sàn thường sử dụng thép tròn trơn, do đó cần phải neo cốt thép đểđảm bảo lực dính bám Với các cốt thép chịu momen dương và cốt phân bố đầumút phải được uốn và neo, kích uốn thép được thể hiện trên Hình 1.8a Với các cốtthép chịu momen âm (cốt mũ) qua dầm phụ và dầm chính được uốn thành mócvuông ở đầu mút, mút cốt thép được chống vào ván khuôn để giữa vị trí của cốtthép mũ khi đổ bê tông Hình 1.8b

Hình 1.8 Uốn thép cho bản sàn

f. Bố trí thép cho bản sàn

3d

Hình 1.9 Bố trí thép cho bản sàn

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ DẦM PHỤ THEO SƠ ĐỒ DẺO

2.1 Mô tả và giới thiệu dầm phụ

Dầm phụ được bố trí với mục đích giảm kích thước và tăng khả năng chịu lực củabản sàn Dầm phụ trực tiếp tiếp nhận tải trọng sử dụng trên sàn truyền về dầm chính

2,5d

0

b

h −a

Dầm phụ được đổ liền khối với bản sàn với gối lên dầm chính ở các nhịp giữa và gốilên tường chịu lực ở hai biên.

2.2 Chọn sơ bộ tiết diện và vật liệu sử dụng

Đã chọn ở mục 1.2 Chọn sơ bộ kích thước tiết diện và vật liệu sử dụng.

2.3 Lập sơ đồ tính dầm phụ

Sơ đồ tính dầm phụ là dầm liên tục 3 nhịp (Hình 1.1) Dầm phụ gối lên tường ở 2gối biên, liên kết giữa dầm phụ được xem là liên kết khớp Ở các gối giữa, dầm phụgối lên dầm chính, liên kết giữa dầm phụ và dầm chính được xem là liên kết tựa

Để xác định nhịp tính toán của dầm phụ, vẽ mặt cắt dọc dầm phụ (Mặt cắt B-B,Hình 1.1) Mặt cắt này được thể hiện trên Hình 2.1

- Nhịp biên: Nhịp tính toán được xác định từ mép của dầm chính đến điểm đặtphản lực gối tựa ở gối biên:

b

C

b t

- Đối với nhịp giữa, nhịp tính toán được xác định từ mép trong của dầm chính, tức

là khoảng cách thông thủy giữa hai dầm chính:

0 2 dc 5300 300 5000

l = −l b = − = mm

Hình 2.1 Sơ đồ xác định nhịp tính toán của dầm phụ

Sơ đồ tính của dầm phụ được thể hiện trên Hình 2.2

Hình 2.2 Sơ đồ tính toán của dầm phụ theo sơ đồ dẻo

2.4 Xác định tải trọng tác dụng lên dầm phụ

Trong trường hợp tổng quát, tải trọng tác dụng lên dầm phụ gồm có: Trọng lượngbản thân; Tỉnh tải do bản sàn truyền vào và hoạt tải do bản sàn truyền vào Tất cả cáctải trọng này là tải trọng phân bố đều

- Trọng lượng bản thân dầm phụ: Giữa dầm phụ và bản sàn có phần bê tông chung,phần bê tông này ta xem thuộc bản sàn Khi đó, trọng lượng bản thân dầm phụđược xác định theo công thức:

Sơ đồ chất tải trọng lên dầm phụ được thể hiện trên Hình 2.3

Hình 2.3 Sơ đồ tải trọng tác dụng lên dầm phụ

2.5 Xác định nội lực và vẽ biểu đồ nội lực cho dầm phụ

Nội lực được tính toán theo sơ đồ dẻo có kể đến lại sự phân phối nội lực khi hìnhthành khớp dẻo Để xác định momen M và lực cắt Q cho dầm phụ sử dụng dạng biểu

Để tính toán, chia mỗi nhịp dầm thành 5 đoạn, đánh số thử tự 0, 1, 2, … Mỗi

đoạn có chiều dài 0,2 0

i i dp b

M =βq l l kNm

Trong đó: i

β

– hệ số cho sẵn tra trên dạn biểu đồ bao momen đối với các giá

trị momen dương, đối với các giá trị momen âm phụ thuộc vào tỉ số

đối với các nhịp giữa

- Momen âm ở gối 2 bằng không cách mép gối một đoạn 0b

kl

Trong đó hệ số kphụ thuộc vào tỉ số α

:

31, 44

3,8538,16

dp

dp

p g

- Giá trị hệ số k được xác định theo công thức:

0,3098(1 / 4) 8(1 3,853 / 4)

2,

dp i

q l kNm βmax βmin Mmax,kNm Mmin,kNm

.Các giá trị lực cắt được tính toán và thể hiện trong Bảng 2.4

Bảng 2.4 Bảng tính tung độ biểu đồ bao lực cắt

Hình 2.4 Biểu đồ bao momen và lực cắt của dầm phụ

2.6 Tính cốt thép cho dầm phụ

a. Tính cốt dọc chịu lực

Sử dụng momen cực đại tại các nhịp và các gối để tính cốt dọc chịu lực chodầm phụ Bản sàn đổ toàn khối với dầm, do đó sàn tham gia cùng chịu lực vớidầm Trong trường hợp này sàn và dầm liên kết tạo thành tiết diện chữ T, trong đódầm đóng vai trò là sườn, bản sàn đóng vai trò là cánh Theo đó, độ vươn của sảicánh được hạn chế theo điều kiện:

'

1 01

6 6 6 100 600( ) (2000 200)

dc

l b l

nằm trong vùng nén, vì vậy tại các tiết diện này sử dụng tiết diện chữ T để tính cốtdọc Tại các gối chịu tác dụng của momen âm, vùng kéo ở trên, vì vậy tại các tiết

diện này sử dụng tiết diện chữ nhật

, khi đótính được chiều cao làm việc của tiết diện tại 2 tiết diện này:

b ×h = × mm

.Kết quả tính cốt dọc chịu lực cho dầm phụ được thể hiện trong Bảng 2.5

Bảng 2.5 Kết quả tính cốt dọc chịu lực cho dầm phụ

'

(b ×h ) 63,94 35 315 0,03 0,03 548,1 0,87 2 20φ 628

- Kiểm tra điều kiện chịu cắt của bê tông

+ Điều kiện chịu lực cắt của bê tông tại mép gối tựa:

max 124,97 2,5 bt dp 0 2,5 1,05 1000 0, 2 0,3 157,5

Thỏa+ Điều kiện chịu lực cắt của bê tông cuối tiết diện nghiêng:

0 max

do đó cần phải đặt cốt đai theo tính toán

- Chọn cốt đai: Chọn đường kính cốt đai w

8

s mm

φ =

và số nhánh cốt đai n=22

q

để tính toán+ Tính và kiểm tra điều kiện của giá trị 0

c

:

0 0

w w

w

100, 6 170

93183,63

s s tt

max

1,05 1000 0, 2 0,3

0,15 150124,97

- Tính khoảng cách cốt đai theo cấu tạo:

+ Trong đoạn ¼ nhịp dầm gần gối tựa, nơi có lực cắt lớn, khoảng cáchgiữa các gối đai theo cấu tạo được xác định theo công thức:

w, 1

0,5 0,5 350 175

175300

dp str

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ DẦM CHÍNH THEO SƠ ĐỒ ĐÀN HỒI

3.1 Mô tả và giới thiệu dầm chính

Dầm chính đổ liền khối với bản sàn và dầm phụ Trong sàn bản sàn tựa trực tiếplên dầm phụ và dầm chính Tuy nhiên, tải trọng từ bản sàn truyền trực tiếp lên dầmchính chiếm một phần rất nhỏ, chủ yếu truyền lên dầm phụ Vì vậy, dầm chính chủyếu tiếp nhận tải trọng truyền từ dầm phụ sau đó truyền xuống cột và tường chịu lực.Dầm chính gối trực tiếp lên tường chịu lực ở hai gối biên, ở các gối giữa dầmchính gối trực tiếp lên cột Mặt cắt dọc dầm chính (Mặt cắt C-C, Hình 1.1) được thểhiện trên Hình 3.1

Hình 3.1 Mặt cắt dọc dầm chính

3.2 Chọn sơ bộ tiết diện và vật liệu sử dụng

Đã chọn ở mục 1.2 Chọn sơ bộ kích thước tiết diện và vật liệu sử dụng.

3.3 Lập sơ đồ tính dầm chính

Dầm chính là dầm liên tục 4 nhịp Ở 2 biên dầm chính gối lên tường chịu lực, liênkết giữa dầm chính và tường được xem là gối tựa Ở các gối giữa dầm chính gối lêntường Để xét liên kết giữa cột và dầm chính, tiến hành xét độ cứng đơn vị của 2 cấukiện này:

Hình 3.2 Sơ đồ tính dầm chính

3.4 Xác định tải trọng tác dụng lên dầm chính

Tải trọng tác dụng lên dầm chính gồm: Tĩnh tải do dầm phụ truyền vào dưới dạngtải trọng tập trung; Hoạt tải do dầm phụ truyền vào dưới dạng tải trọng tập trung;Trọng lượng bản thân dầm chính dạng phân bố đều Do tải trọng dầm phụ truyền vàodưới dạng tập trung với giá trị lớn gây ra nội lực lớn hơn nhiều so với trọng lượngbản thân Do đó, để đơn giản trong tính toán ta chuyển trọng lượng bản thân dầmchính từ dạng phân bố đều về dưới dạng tập trung

a. Trọng lượng bản thân dầm chính

Giữa dầm phụ, dầm chính và bản sàn có phần bê tông chung, phần chung này

đã tính trong dầm phụ và trong sàn, vì vậy khi tính trọng lượng bản thân dầmchính ta trừ phần bê tông chung này ra Khi đó, trọng lượng bản thân dầm chính

quy về tải tập trung chỉ tính cho phần diện tích gạch chéo 0

b. Tĩnh tải từ dầm phụ truyền lên dầm chính

Giá trị tĩnh tải tập trung do dầm phụ truyền lên dầm chính được xác định theocông thức:

Sơ đồ chất tải trọng lên dầm chính được thể hiện trên Hình 3.3

Hình 3.3 Sơ đồ chất tải trọng tác dụng lên dầm chính

3.5 Xác định nội lực, tổ hợp nội lực và vẽ biểu đồ bao nội lực cho dầm chính

Để tổ hợp nội lực nhằm tìm ra nội lực bất lợi tại các tiết diện nguy hiểm và để vẽbiểu đồ bao nội lực cho dầm chính cần xét các trường hợp bất lợi của hoạt tải Sơ đồtĩnh tải và các trường hợp hoạt tải gây bất lợi được thể hiện trên Hình 3.4

a. Xác định momen, vẽ biểu đồ momen cho các trường hợp tải trọng, tổ hợp

momen, vẽ các biểu đồ momen thành phần từ kết quả tổ hợp, vẽ biểu đồ bao momen

Momen trong dầm chính được xác định bằng phương pháp tra bảng Tung độbiểu đồ momen được xác định theo công thức:

M P1 285,9 238 -143 -127 -111 -95HT2 α -0,048 -0,095 -0,143 0,206 0,222 -0,095

Với các hoạt tải HT3, HT4, HT5 và HT 6, tại một số tiết diện không có hệ số α.

Để xác định momen cho các tiết diện này sử dụng phương pháp treo biểu dồmomen

Sơ đồ HT3

Sơ đồ HT4

Đoạn dầm AB

(143 36)

143 83,33

190 95

190 953

M = + − = − kNm

64

(190 95) 2

190 03

Từ các giá trị momen đã tính được trong Bảng 3.1, tiến hành vẽ biểu đồ momencho các trường hợp tải trọng Các biểu đồ momen này được thể hiện trên Hình 3.5

Hình 3.5 Biểu đồ momen của các trường hợp tải trọng (kNm)

Từ các giá trị momen đã tính được cho các trường hợp tải trọng trên Bảng 3.1,

tiến hành tổ hợp momen theo cấu trúc: i G Pi

M =M +M

Kết quả tổ hợp được thểhiện trong Bảng 3.2

Bảng 3.2 Kết quả tổ hợp nội lực xác định tung độ biểu đồ momen thành phần

và biểu đồ bao momen (kNm)

Từ kết quả tổ hợp nội lực trên Bảng 3.2, vẽ các biểu đồ momen thành phần, sau

đó vẽ chồng các biểu đồ momen thành phần lên cùng một biểu đồ với cùng tỉ lệ tanhận được biểu đồ bao momen Các biểu đồ momen thành phần được thể hiện trênHình 3.6

Hình 3.6 Các biểu đồ momen thành phần (kNm)

Biểu đồ bao momen của dầm chính được thể hiện trên Hình 3.7

Hình 3.7 Biểu đồ bao momen của dầm chính (kNm)

Momen mép gối: Dầm chính được tính toán theo sơ đồ đàn hồi, nhịp tính toán

lấy từ trục đến trục Do đó, momen cực đại tại các gối nằm ở giữa cột Tại vị trínày rất nhiều cốt thép: Thép chịu lực của dầm, thép chịu lực của cột Ngoài ra,

sự phá hoại của dầm tại vị trí giao với cột xảy ra ở mép cột Vì vậy, để tiết kiệmcốt thép, trong thiết kế sử dụng momen ở các mép gối để tính cốt dọc chịu lực

Để xác định momen ở mép gối sử dụng biểu đồ momen thành phần với momencực đại tại các gối tương ứng Với gối B sử dụng tổ biểu đồ momen thành phần

M3 (TH3=TT+HT3), với gối C sử dụng biểu đồ momen

Gối B

, (2000 150)

(423, 4 170,5) 170,5 378,92000

B T mg

, (2000 150)

(423, 4 131,6) 131, 6 381,82000

B P mg

C mg

Kết quả xác định lực cắt cho các trường hợp tải được thể hiện trong Bảng 3.3

Bảng 3.3 Kết quả xác định lực cắt cho các trường hợp tải trọng (kN)

HT4 QP4 6 6 6 -29,9 -29,8 -29,9HT5 QP5 -15,9 -15,8 -15,9 134,8 -31,8 -198,5HT6 QP6 135 -31,7 -198,3 47,5 47,5 47,5

Dựa vào các giá trị lực cắt cho các trường hợp tải trọng đã tính đươc trong Bảng3.3, vẽ biểu đồ lực cắt cho các trường hợp tải trọng Các biểu đồ lực cắt này đượcthể hiện trên Hình 3.8