HƯỚNG DẪN ĐỒ ÁN KHUNG TOÀN KHỐI Thiết kế khung BTCT tồn khối cho nhà có quy mơ tầng Cơng trình xây dựng

 Tính toán nội lực ứng với từng trường hợp tải trọng , tổ hợp nội lực.. Giải pháp phân tích sơ đồ tính kết cấu như vậy chỉ phù hợp cho côngtrình có bước cột theo phương dọc đều nhau, và

CHƯƠNG 6 HƯỚNG DẪN ĐỒ ÁN KHUNG TOÀN KHỐI

Thiết kế khung BTCT toàn khối cho nhà ở có quy mô 5 tầng Công trình xây dựng

tại TP HCM có các bản vẽ mặt bằng , mặt cắt như hình 6.1, hình 6.2.

Các bước thiết kế theo thứ tự như sau:

 Lựa chọn phương án, lập sơ đồ tính toán của kết cấu khung

 Chọn sơ bộ kích thước tiết diện, chọn vật liệu

 Xác định các loại tải trọng, các trường hợp tải có thể tác dụng lên kết

cấu

 Tính toán nội lực ứng với từng trường hợp tải trọng , tổ hợp nội lực

 Tính toán tiết diện BTCT, kiểm tra các điều kiện sử dụng

 Thể hiện bản vẽ kết cấu khung.(Mặt cắt dọc khung, mặt cắt ngang tiếtdiện dầm, cột khung)

Hình 6.1 Mặt bằng kiến trúc

Hình 6.2 Mặt cắt kiến trúc

6.1 SƠ ĐỒ TÍNH.

Hệ khung là hệ thanh liên kết giữa các thanh đứng (là cột), thanh ngang (là dầm) tạothành các nút cứng khung Điều kiện cần và đủ để khu ng ổn định là hệ bất biếnhình Đối với khung BTCT toàn khối nhiều nhịp, nhiều tầng là hệ siêu tĩnh Nútcứng khung có chuyển vị, khác với ngàm cứng giũa cột với móng cao trình ngàm tạimặt trên móng Vì vậy khi công trình không có sàn hầm và có sàn hầm c ao trình

ngàm tính khung quy ước như trong ch ương 1

Mô hình tính toán khung thể hiện trục cột, trục dầm Có thể quy ước khi tỉ số L/B

>2, công trình có mặt bằng chạy dài, khung dọc nhiều nhịp hơn khung ngang nên độcứng khung ngang nhỏ hơn nhiều lần so với độ cứng khung dọc ,nội lực chủ yếu

gây ra trong khung ngang.Khi đó tách riêng từng khung phẳng để xác định nội lực

trong cột và dầm ngang, còn nội lực trong dầm dọc được tí nh như dầm liên tụcnhiều nhịp Giải pháp phân tích sơ đồ tính kết cấu như vậy chỉ phù hợp cho côngtrình có bước cột theo phương dọc đều nhau, và kết quả nội lực khung phẳng ngang

sẽ lớn hơn so với kết quả nội lực của khung ngang này khi được xác lập mô h ìnhtính theo khung không gian

Vì vậy khái niệm khung nguy hiểm là khung ít phần tử, dựa vào số nhịp của khung

và diện tích sàn truyền tải lên khung

Đà kiềng thường được xem không phải là bộ phận khung ngang (thiên về an toàn)

Tuy nhiên có ảnh hưởng nhất định đối với khung như:

 Giảm chiều dài tính toán cột giảm độ mảnh cột tầng trệt

 Tăng độ cứng không gian của công trình khắc phục lún không đều

Đà kiềng được gán vào tính khung khi có đúc bêtông sàn trệt ( công trình khu vực

nền đất yếu) Đối với công trình có sàn hầm cùng cao độ với đà giằng móng và mặt

đài ( hình 1.1) nếu gán đà giằng móng vào cao trình ngàm tính khung, thì nhịp tính

toán đà giằng không chính xác vì không kể tới kích thước đài móng

6.1.1 THIẾT KẾ THEO MÔ HÌNH KHUNG PHẲNG NGANG.

Hình 6.4 Sơ đồ tính khung phẳng

6.1.2 THIẾT KẾ THEO MÔ HÌNH KHUNG KHÔNG GIAN.

Hình 6.5 Sơ đồ tính khung không gian

6.1.3 CHỌN VẬT LIỆU SỬ DỤNG

Bê tông cấp độ bền B20

Thép nhóm AI cho loại đường kính ø ≤ 10

Thép nhóm AII cho loại đường kính ø ≥ 12

Thép nhóm AIII cho loại đường kính ø ≥ 20

6.1.4 SƠ BỘ KÍCH THƯỚC TIẾT DIỆN.

a Chiều dày sàn :

+ Sàn có dầm

cm L

45

1 40

1

Chuvibansà

180

)450415

(2.180

b Tiết diện dầm khung :

- Chiều cao dầm khung : h

 Dầm liên kết với cột: h L

12

1 14

- Chiều rộng dầm khung:b h

2

1 3

12

1

14

1

375 321 4500

12

1

14

1

262 225 3150

12

12

1

14

1

375 321 4500

12

 Chọn kích thước tiết diện dầm dọc : DD(200x350) và (2 00x500)

c Tiết diện cột khung :

Diện tích tiết diện cột được sơ bộ theo công thức:

b

b

R

N K

Trong đó

K= 1,1÷1,25 : hệ số kể tới ảnh hưởng momen trong cột

N= q S n

q= g+p (KN/m2), giá trị tải trọng đứng sơ bộtrên một m2 sàn, có thểlấy trị số sau:

q= 0,8 ÷1 (KN/m2) đối với cao ốc văn phòng, tường là vách nhẹ

q= 1,1 ÷1,3 (KN/m2) đối với chung cư, tường là vách gạch

S (m2) diện tích sàn truyền tải lên cột khung

n : số tầng nhà

Sơ bộ kích thước tiết diện cột

N= q S n (KN)

Ab(cm2)Chọn (bxh) cm

Kích thước tiết diện cột cần đáp ứng yêu cầu về chịu lực, phần tử cột nên có độ

cứng lớn hơn phần tử dầm, và đáp ứng nhu cầu thẩm mỹ của kiến trúc

d Chiều dày vách : chiều dày vách được chọn theo chiều cao mỗi tầng nhà

cm h

- Trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo sàn,chống thấm, dầm ,cột

- Trọng lượng đường ống kỹ thuật

- Tải trọng tường xây, vách hầm, vách thang

Bảng kết quả giá trị tĩnh tải sàn tầng.

cấu tạo sàn

Chiềudày(cm)

Hệ sốtincậy

Trọng lượng

(daN/m3)

Tải trọng tiêuchuẩn

gc(daN/m2)

Tải trọng tínhtoán g(daN/m2)

 gc=gi=388- 250= 138 daN/m2

 g=gi=433,1- 275= 158,1 daN/m2

Đối với ô sàn vệ sinh, sàn mái ngoài trọng trượng các lớp cấu tạo trên cộng thêm

trọng lượng lớp chống thấm ( vửa hồ dầu, sika, hay flinkote, )

Giá trị tính toán

(daN/m2)Loại phòng

Toànphần

Phầndài hạn

Hệ sốtin cậy

n

Toànphần

Phầndài hạn

Phầnngắnhạn

Bảng 6.1.Giá trị áp lực gió chuẩn (tại cao độ 10m)

-0,6-0,4+0,3+0,8

-0,7-0.7-0,2+0,8

-0.8-0.8-0.4+0,8

Theo đề bài

34 , 1 8 , 12

1 , 17

 k : hệ số độ cao tính đến sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao z., ứng với

dạng địa hình xác định theo công thức sau:(TCXD229 -1999)

ztg – độ cao của địa hình dạng t mà ở đó vận tốc gió không còn chịu ảnh hưởng của

mặt đệm, còn gọi là độ cao gradient;

mt– số mũ tương thích với địa hình dạng t

Bảng 6.3 Độ cao gradient và hệ số m t

C

300400

0.0900.140

Địa hình A là địa hình trống trải, không có hoặc có rất ít vật cản cao không quá

1,5m( bờ biển thoáng, mặt sông ,hồ lớn, cánh đồng, )

Địa hình B là địa hình tương đối trống trải, có một số vật cản thưa thớt cao không

400 844

z z

 Khi gán tải vào phần tử dầm, thì B(m) là trung bình cộng của chiềucao hai tầng nằm liền kề cao trình z(m) đang xét Cách nhập nàynhanh và tiện vì lực gió theo hai phương trong từng tầng sẽ như nhau,không phụ thuộc vào bước cột phương x,y

 Khi gán tải tập trung vào nút cột biên mỗi tầng, gió đẩy và gió hút

được cộng dồn giá trị, nghĩa là áp lực gió được tính với hệ số khíđộng c=1,4

 Khi gán tải tập trung vào tâm cứng sàn mỗi tầng (phần mềm ETAB cóthêm chức năng này), gió đẩy và gió hút được cộng dồn giá trị, ngh ĩa

là áp lực gió được tính với hệ số khí động c=1,4 Vì vậy, B(m2) làdiện tích mặt đón gió theo chiều rộng hoặc chiều dài nhà

Gió hút

Wh(daN/m2)C=-0,6

W(daN/m2)C=1,4

17,113,810,57,23,90

0,760,720,670.60,5

60,5657,3753,3947,8139,84

45,4243,0340,0435,8629,88

106100,493,4383,6769,72

Trong đó W (daN/m2) = 83 1,2 c k

6.3 CÁC TRƯỜNG HỢP TẢI NHẬP VÀO MÔ HÌNH TÍNH KHUNG

Các trường hợp tải trọng Diễn giải

của hoạt tải

tải

của hoạt tải

của hoạt tải (chất ngược với HT2)

Lưu ý khi tính khung phẳng chỉ có tải GIO TX, GIO PX

TRÌNH TỰ CHẤT TẢI LÊN KHUNG KHÔNG GIAN

(1) DEAD :

 Tải trọng tác dụng lên sàn (daN/m2) được phần mềm tính toán kết

cấu (SAP, ETAB) tự động hóa trọng lượng bản thân các cấu kiệnsàn, dầm, cột, vách BTCT

 Trọng lượng các lớp hoàn thiện sàn cộng với phần dài hạn của hoạttải

Giá trị tải thường xuyên được nhập dưới dạng tải phân bố trên sàn có chiều gravity

Giá trị tiêu chuẩn(daN/m2)

Giá trị tính toán

(daN/m2)Loại phòng

LớpHoànthiện

Phầndài hạn

Tải

Thường

xuyên

LớpHoànthiện

Phầndài hạn

Tải

Thường

xuyênPhòng ngủ, ăn,

Trọng lượng tường xây :( xem phụ lục 4)

Tường dày 100, g t c = 180daN/m 2 , tường dày 200, g t c = 330daN/m 2

g t = g t c x 1,1x (h tầng -h dầm )

Tường dày 100 Tường dày 200Tải trọng

+ Tải trọng tập trung tại các trục cột do hồ nước mái truyền vào

(2) LIVE : Hoạt tải ngắn hạn có giá trị tải không lớn so với giá trị tải

trọng thường xuyên, nên chúng ta có thể chất tải lên khung chỉ một

trường hợp hoạt tải chất đầy Dưới đây có trình bày so sánh kết quả

nội lực khi xét hoạt tải chất đầy và khi xét nhiều trường hợp hoạt tảilên khung

Tầng 4B=3.3

Tầng 5B=3.3

Tầng máiB=1.65

Với B là bề rộng đón gió (m)

Giá trị lực gió gán vào tâm cứng sàn

Phương X

W (daN)

B=46.083213

B=42.243534

B=42.243946

B=42.244241

B=21.122239Phương Y

W (daN)

B=55.83890

B=51.154280

B=51.154779

B=51.155135

B=25.582711

Với B là diện tích mặt đón gió (m 2 )

Giá trị lực gió gán tập trung vào nút cột biên mỗi tầng

LỰC GIÓ PHƯƠNG X (daN)Cao trình

TRỤC AB=2,075m

TRỤC BB=4,325m

TRỤC CB=4,325m

TRỤC DB=2,075m

TRỤC 3B=5.5m

TRỤC 4B=2,25m

TR ÌNH TỰ CHẤT TẢI LÊN KHUNG PHẲNG

Khác với khung không gian, tải đứng trên sàn truyền vào khung phẳng trục 2 cầndựa trên mặt bằng “diện tích sàn truyền tải lên khung”, theo nguyên tắc truyền tảisàn vào dầm của sàn 1 phương và 2 phương Khi đó phần diện tích sàn có dạng hìnhthang , tam giác hay chữ nhật, vì vậy có 2 dạng tải : tải phân bố truyền trực tiếp vàodầm khung, tải tập trung tại nút do sàn thông qua dầm dọc truyền vào (xem hình6.6)

H ình 6.6 Mặt bằng diện tích sàn truyền tải lên khung trục 2

(1) DEAD :

Nhịp AB :

-Do sàn truyền vào dầm khung tải phân bố dạng tam giác

g s1 = g x ½ L 1 = 433 x ½ 4,15 = 898 daN/m.

-Do tường dày 200 truyền vào dầm khung tải phân bố đều

g S

2

15,42

5,4(

S

2

6,05,6(

S

2

25,312

5,45,4(

Do tường dày 100

Nút B:Pt = 180 x 1,1 x (3,3 – 0,35)x ½ (4,5+6,5) = 3213 daN

x g

S

2

9,125,32

15,42

5,4(

x g

S

2

9,125,32

6,05,6(

Do sàn

daN x

p S

2

15,42

5,4(

5,45,4(

x p

S

2

9,125,32

15,42

5,4(

6,05,6(

Sàn Tầng 2

B=3,6x5,5

Tầng 3B=3,3x5,5

Tầng 4B=3.3x5,5

Tầng 5B=3.3x5,5

Tầng máiB=1.65x5,5

Theo TCVN 2737-95, tổ hợp tải trọng gồm có tổ hợp cơ bản và tổ hợp đặc biệt

Tổ hợp cơ bản gồm các tải trọng thường xuyên, tải trọng tạm thời dài hạn và tạmthời ngắn hạn

Tổ hợp đặc biệt gồm các tải trọng thường xuyên, tải trọng tạm thời dài hạn và tạmthời ngắn hạn có thể xảy ra và một trong các tải trọng đặc biệt

Tổ hợp tải trọng cơ bản có từ 2 tải trọng tạm thời trở lên thì phải nhân với hệ số tổhợp 0,9

Trong phạm vi đồ án môn học chỉ cần tính toán với tổ hợp nội lực cơ bản

Định nghĩa các tổ hợp nội lực :

Khi tính theo phương án khung phẳng bao gồm 7 tổ hợp (t ừ comb1 ÷ comb7) và 13

tổ hợp (t ừ comb1 ÷ comb13) khi tính theo phương án khung không gian Phầnmềm tính toán mặc định các COMBO theo kiểu cộng đại số (linear add) và 1 tổ hợpBAO (mặc định Envelope) để lấy giá trị max, min từ các tổ hợp trên

Các tổ hợp

COMB11 TĨNH TẢI+ 0,9 (HT2+ GIO PY)

BAO Envelope (COMB1, COMB2,…, COMB13)

6.5 TÍNH TOÁN TIẾT DIỆN BÊ TÔNG CỐ T THÉP

6.5.1 THÉP CỘT :

Xuất bảng giá trị nội lực cột khung chỉ định ,chọn tất cả các COMBO khai báo.Như vậy, tại mỗi vị trí tiết diện ngang của cột sẽ lực có 7 cặp nội lực khi tính theophương án khung phẳng và 13 cặp nội lực khi tính theo ph ương án khung khônggian Cần làm thêm buớc lọc kết quả tr ước khi tính thép Do tính chất đối xứng khitính và bố trí thép cột, không cần phân biệt momen âm hay dương ,chỉ cần lấy cáccặp nội lực bất lợi cho cột như sau:

Khung phẳng: N max →M tư

M max →N tư

Khung không gian : N max → M x tư ; M y tư

 M x  max → N tư ; M y tư

 M y  max → N tư ; M x tư

Từ mỗi cặp nội lực, dùng phương pháp tính thép cột theo bài toán nén lệch tâmphẳng hay nén lệch tâm xiên đã đ ược học trong BTCT phần 1, tính và chọn giá trịdiện tích thép As lớn nhất bố trí

6.5.2 THÉP DẦM :

Đối với phần tử dầm, là cấu kiện chịu uốn chỉ cần xuất nội lực của 1 tổ hợp BAO

Tương tự như cột, tại mỗi tiết diện dầm ta lọc các cặp nội lực sau:

M max → tính thép dọc cho miền dưới

M min → tính thép dọc cho miền trên

Q max → tính bước đai cho dầm

Lưu ý, khi sử dụng phần tính nội lực khung ,nên hạn chế chọn số vị thép trí mặt cắtcho phần tử cột, dầm (2-3 mặt cắt) thì việc xuất và lọc kết quả nội tính

6.6 KIỂM TRA CÁC ĐIỀU KIỆN SỬ DỤNG

Đối với cấu kiện chịu uốn phải đảm bảo yêu cầu về chiều cao tối thiểu của tiết

diện, và tỷ lệ cao tiết diện trên chiều dài nhịp.Khi thỏa mãn các quy định này, hầuhết các kết cấu đều đảm bảoyêu cầu về độ võng

Theo TCVN356-2005 cho phép không cần tính toán kiểm tra sự mở rộng vết nứt

và biến dạng nếu qua thực nghiệm hoặc thực tế sử dụng các kết cấu tương tự đãkhẳng định được : bề rộng vết nứt ở mọi giai đoạn không vượt quá giá t rị cho phép

và kết cấu có đủ độ cứng ở giai đoạn sử dụng

- Kiểm tra võng của tấm sàn : sử dụng công thức của S Timoshenko&

S.Woinowsky- Krieger (sách Theory of Plates and shells)

l – khẩu độ (nhịp)cấu kiện (m);

ho – chiều cao có ích của tiết diện cấu kiện (cm);

d – đường kính cốt thép (cm);

T và A – hệ số tra biểu đồ từ 1 đến 5 phụ thuộc vào:

+ Hàm lượng cốt thép %

+ Số hiệu bê tông (cấp độ bền B) và cốt thép

+ Tỉ lệ phần tải trọng tác dụng dài hạn trên tổng tải trọng (r)

c c

c dh c

p g

p g

fBTCT  danhoi

fđàn hồi = kết quả tính theo phần mềm SAP2000

bred b

b

s s

s

A E A

E

Z h B

6.7 NỘI DUNG PHỤ LỤC TÍNH TOÁN

Trong thuyết minh tính khung cần trình bày các sơ đồ tính, biểu đồ nội lực , và cácbảng giá trị nội lực được xuất từ phần mềm tính toán theo thứ tự sau:

 Mô hình tính khung ( phẳng, hay không gian )

 Sơ đồ tính khung phẳng được chỉ định tính, có hiển thị tên phần tử

 Sơ đồ tính khung phẳng được chỉ định tính, có hiển thị kích thước tiết

 Biểu đồ M,Q, N của từng trường hợp tải trọng tác dụng lên khung

 Biểu đồ bao M,Q, N của tổ hợp bao

 Xuất bảng giá trị nội lực phần tử cột của khung được chỉ định,chọn tất

cả các combo

 Xuất bảng giá trị nội lực phần tử dầm của khung được chỉ định, chỉchọn tổ hợp bao

6.7.1 KHUNG KHÔNG GIAN

Hình 1 Sơ đồ phần tử khung trục 2

Hình 2 Sơ đồ kích thước tiết diện khung trục 2

 CÁC TRƯỜNG HỢP CHẤT TẢI LÊN KHUNG KHÔNG GIAN

TĨNH TẢI CHẤT ĐẦY

HT1-HOẠT TẢI CHẤT ĐẦY

HT2-HOẠT TẢI Ô CỜ

HT3- HOẠT TẢI BÙ HT2 (chất ô cờ)

TĨNH TẢI TƯỜNG

GIÓ TRÁI X

GIÓ PHẢI X

GIÓ TRÁI Y

GIÓ PHẢI Y

 KẾT QUẢ NỘI LỰC KHUNG TRỤC 2

(tính theo mô hình khung không gian)

BIỂU ĐỒ BAO MOMEN (M33) KHUNG 2

BIỂU ĐỒ BAO MOMEN (M22) KHUNG 2

BIỂU ĐỒ BAOLỰC DỌC KHUNG B

BIỂU ĐỒ BAO MOMEN KHUNG B

BIỂU ĐỒ BAO LỰC CẮT KHUNG B

6.7.2 KHUNG PHẲNG TRỤC 2

Sơ đồ phần tử khung trục 2

Kích thước tiết diện khung trục 2

 CÁC TRƯỜNG HỢP CHẤT TẢI LÊN KHUNG

Tĩnh tải chất đầy.

HT1- Hoạt tải chất đầy.

HT2- Hoạt tải cách nhịp chẳn.

HT3- Hoạt tải cách nhịp lẻ (bù hoạt tải 2)

 KẾT QUẢ NỘI LỰC KHUNG TRỤC 2

Biểu đồ bao lực dọc

Biểu đồ bao Momen

Biểu đồ bao lực cắt.

6.8 THỂ HIỆN BẢN VẼ

Tất cả thiết kế của đồ án thể hiện trong bản vẽ khổ giấy A1, yêu cầu bố cục các hìnhsau:

 Mặt bằng bố trí điển hình thép sàn 1 tầng (TL1/100)

 Hai mặt cắt bố trí thép theo phương X, phương Y trên mặt bằng sàn (TL1/25)

 Thể hiện thép trên mặt cắt dọc khung được chỉ định (TL 1:20 ; 1/25 hay1/50)

 Bố trí thép trên các mặt cắt ngang t iết diện dầm , tiết diện cột (TL 1/10;1/20; hay 1/25)

 Bảng thống kê cốt thép ( thép sàn, cột ,dầm)

 Ghi chú vật liệu sử dụng