Tài liệu Tính khung trục_Chương 3 docx

MỘT SỐ KHÁI QUÁT KHI GIẢI KHUNG • Khung là kết cấu chịu lực quan trọng nhất của công trình, khung nhận toàn bộ tải trọng ngang gió , cộng với tải trọng đứng .... - Tải phân bố trên dầm

40

Chương 3 : TÍNH TOÁN KHUNG TRỤC D

MỘT SỐ KHÁI QUÁT KHI GIẢI KHUNG

• Khung là kết cấu chịu lực quan trọng nhất của công trình, khung nhận toàn bộ

tải trọng ngang (gió ), cộng với tải trọng đứng

• Hai bộ phận chính cuả khung là cột và xà ngang, tùy theo yêu cầu kiến trúc mà xà ngang có thể cong hay là thẳng Liên kết giữa cột hay móng có thể là ngàm hay khớp

Với liên kết cứng thì độ cứng của khung càng cao, biến dạng ít, mômen phân phối đều đặn hơn

• Khung toàn khối là dạng khung được dùng nhiều nhất cho các công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp và các công trình lấy kết cấu khung làm kết cấu chịu lực chính.Trong đồ án này, công trình được thiết kế với giải pháp kết cấu là khung chịu lực chính

3.1.SƠ ĐỒ TÍNH :

Căn cứ vào sự bố trí các lưới cột trên mặt bằng kiến trúc, đưa ra sơ đồ tính toán khung trục D là 1 khung phẳng gồm 3 nhịp chính (6 m ) cùng các phần lửng tầng hầm ,tầng trệt Khung gồm 1 tầng hầm , 1 tầng trệt ,lâu 1 và9 tầng điển hình cùng 1 tầng sân thượng Xem khung ngàm tại vị trí đáy tầng hầm

3.2.CHỌN KÍCH THƯỚC SƠ BỘ TIẾT DIỆN KHUNG :

• Việc chọn sơ bộ kích thước tiết diện thường dựa trên kinh nghiệm của người thiết kế trên cơ sở so sánh những kết cấu tương tự đã thiết kế, thi công xây dựng ,các kích thước cũng có thể tính toán sơ bộ Sau khi tính toán nội lực và tính toán cốt thép cần kiểm tra lại tiết diện đã chọn theo điều kiện hạn chế

3.2.1.Sơ bộ chọn tiết diện dầm (xà ngang):

Aùp dụng công thức :

m là hệ số , với dầm nhiều nhịp m =12÷16

L =6m: Chiều dài của dầm

Vậy ta chọn tiết diện dầm chính 350x650

chọn tiết diện dầm phụ 200x300

3.2.2.Sơ bộ chọn tiết diện cột

- Aùp dụng công thức :

- Vì tải trọng cơ bản và lớn nhất là tải trọng thẳng đứng, lực dọc N là lực nén lớn nhất xuất hiện trong cột được tính toán gần đúng (bao gồm tải trọng của dầm,

n R N

F = (1,2÷1,5).

41

tường, cột và sàn nằm trong diện truyền tải), có thể xem xà liên kết với cột là dầm kê đơn Rn là cừơng độ chịu nén khi uốn của bê tông sử dụng , dùng B#200 thì Rn =90 kg/cm2

- Tiết diện cột thay đổi sau mỗi 3 tầng , Các giá trị ΣNi max là giá trị lực nén tại chân cột tầng hầm ,tầng 2, tầng 5và tầng 8

• Tải trọng mái :

Trọng lượng gạch tàu:

- Tại chân cột tầng 5

+ Tải tác dụng do chân cột tầng 8 :

- Tại chân cột tầng 2

+ Tải tác dụng do chân cột tầng 5 :

- Tại chân cột tầng hầm

+ Tải tác dụng do chân cột tầng 2 :

- Tại mặt ngàm khung

Chọn chiều dày tầng hầm h = 15cm

Chọn kích thước dầm đáy tầng hầm 400x600

=162987(Kg)

- Tại chân cột tầng 5

+ Tải tác dụng do chân cột tầng 8 :

= 293796(Kg)

- Tại chân cột tầng 2

+ Tải tác dụng do chân cột tầng 5 :

= 418872(Kg)

- Tại chân cột tầng hầm

+ Tải tác dụng do chân cột tầng 2 :

g = 0.15*2500*42*1.1=17326 (Kg) Tải dầm :

2

g =1.1*2500*0.4*0.6*(6+7)=8580 (Kg) Hoạt tải sàn :

p= 1.2*500*42=25200(Kg) Tải tại mặt ngàm khung :

N n 2=N2h+g1+g2+p

=528742+17326+8580+25200=579848 (Kg)

3.2.3Cột trục 3 :

Tải chân cột trục 3 hoàn toàn giống trục 2 , chỉ có khác tải hồ nước

- Tại chân cột tầng 8

Tải chân cột trục 4 hoàn toàn giống trục 1 , chỉ có khác tải hồ nước

- Tại chân cột tầng 8

- Tại chân cột tầng hầm

Tải tại chân cột tầng hầm trục D3 :

N h 4= N1h - 35719 =393214 - 35719 = 357495 (Kg)

- Tại mặt ngàm khung

N n 4=N1n-35719

=421077 -35719 = 385358 (Kg)

_ Chọn sơ bộ tiết diện cột theo công thức sau :

+ Với K=1.2-1.5 : Hệ số kể đến ảnh hưởng của tải ngang (gió)

+ Bêtông cột dùng BT mác 200 có Rn= 90 Kg/cm2

BẢNG TÍNH TOÁN VÀ CHỌN SƠ BỘ TIẾT DIỆN CỘT

Cột Tầng ΣN i max (Kg) K Fcột (cm 2 ) b×h (cm)

Trục

1

Tầng 8_9_10 Tầng 5_6_7 Tầng 2_3_4 Tầng 1_Trệt_Hầm Mặt ngàm

n

i c

R

N K

48

Trục

2

Tầng 8_9_10 Tầng 5_6_7 Tầng 2_3_4 Tầng 1_Trệt_Hầm Mặt ngàm

Trục

3

Tầng 8_9_10 Tầng 5_6_7 Tầng 2_3_4 Tầng 1_Trệt_Hầm Mặt ngàm

Trục

4

Tầng 8_9_10 Tầng 5_6_7 Tầng 2_3_4 Tầng 1_Trệt_Hầm Mặt ngàm

Chọn lại tiết diện dầm chính 350x600

tiết diện dầm phụ 200x300

tiết diện dầm đáy tầng hầmï 400x600

** Các kích thước tiết diện trên chỉ được chọn sơ bộ, và sẻ được chọn lại cho hợp lý khi tính thép khung bằng chương trình tính thép RCD

3.3.XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG ĐỨNG TRUYỀN VÀO KHUNG :

- Tải trọng tác dụng lên khung bao gồm tải trọng đứng và tải trọng ngang (gió) thể hiện bằng các lực phân bố trên dầm, cột và các lực tập trung tại nút

- Tải phân bố trên dầm gồm : tải trọng do sàn truyền vào theo sơ đồ hình thang và tam giác, trọng lượng bản thân dầm, tường

- Tải trọng tập trung tại nút khung gồm : tải trọng từ sàn truyền lên dầm dọc, trọng lượng bản thân dầm dọc, trọng lượng các tường ngăn xây dọc theo dầm Các tải trọng này được qui về nút khung theo nguyên tắc dầm dọc kê tự do lên khung

3.3.1.Xác định tải trọng thẳng đứng t/d lên các tầng:

3.3.1.1 Tầng sân thượng:

Ta lấy giá trị tĩnh tải và hoạt tải sàn mái bằng với tải trọng sàn tầng điển hình

gs = 382.6 (kg/m2)

s

p = 240 (kg/m2)

* Đối với tải lên dầm:

Ta chia loại ô sàn và truyền tải từ sàn lên dầm:

Đối với bản loại dầm : g2 = q.l1/2

Đối với bản kê 4 cạnh:

49

Theo phương ngắn tải có dạng tam giác, vói giá trị cực đại:

g = 2*g s*l1/2=2*382.6*3=2296 (Kg/m) p=2*240*3=1440 (Kg/m)

* Đối với tải lên cột :

Cột truc 2 và 3

Tĩnh tải:gồm tĩnh tải sàn và dầm

Đối với các cột nằm trên tầng thượng

Chịu tải tập trung của hồ nước:

Cột trục 1,2:

N=(g h + p h)/4=(135837+1.2*75*6*7)/4=34904 (Kg)

BẢNG GIÁ TRỊ TẢI TRỌNG LÊN DẦM VÀ CỘT TẦNG THƯỢNG

Cấu Kiện

Phân bố tam giác

Phân bố đều

Tập trung

Phân bố tam giác

Phân bố đều

Tập trung

g = 3.6*1800*0.13*1.1=927 (Kg/m) Hoạt tải dạng tam giác có giá trị cực đại :

p = 2*240*3=1440 (Kg/m) +Dầm 34

Tĩnh tải gồm tải sàn và tường phân bố dạng tam giác vói

p=2*240*3=1440 (Kg/m) +Dầm 23

Chịu tải tập trung do dầm phụ truyền vào và tải phân bố do tường

Tĩnh tải truyền lên dầm phụ gồm sàn và tường và trọng lượng bản thân dầm phu ï:

p=240*(1+7)/2*3=2880 (Kg) Hoạt tải nhịp 23 do dầm dọc truyền vào:

p=240*(1+7)/2*3=2880 (Kg) Hoạt tải nhịp 23 do dầm dọc truyền vào:

Phân bố đều

Tập trung

Phân bố tam giác

Phân bố đều

Tập trung

2

g = 4.2*1800*0.13*1.1=1081 (Kg/m) Hoạt tải dạng tam giác có giá trị cực đại :

p = 2*240*3=1440 (Kg/m) +Dầm 34

Tĩnh tải gồm tải sàn và tường phân bố dạng tam giác vói

53

Tĩnh tải do tường có dạng phân bố đều :

3

g = 1.1*1800*0.13*4.2=1081 (Kg/m) Hoạt tải phân bố dạng tam giác có giá trị cực đại:

p=240*3=720 (Kg/m) Hoạt tải có dạng tập trung cách gối trái 2m:

p=240*1*7/2=840 (Kg) +Dầm 23

Chịu tải tập trung do dầm phụ truyền vào và tải phân bố do tường

Tĩnh tải truyền lên dầm 23 gồm 2 lực tập trung do sàn và tải trọng bản thân dầm phụ:

p=240*(1+7)/2*3=2880 (Kg) Hoạt tải nhịp 23 do dầm dọc truyền vào:

p=240*(1.8/2)*7=1512 (Kg)

Cột truc 3

Tĩnh tải:gồm tĩnh tải sàn +tường và dầm dọc

g=g st+g d

54

=(382.6+278)/2*[(1+7)/2*3+1.8/2*7] + 382.6*1*7/2+4042.5

=10222 (Kg) Hoạt tải nhịp 34 đối với cột trục 3 do dầm dọc truyền vào :

p=240*(1+7)/2*3/2 +240*1*3.5=2280 (Kg) Hoạt tải nhịp 23 do dầm dọc truyền vào:

BẢNG GIÁ TRỊ TẢI TRỌNG LÊN DẦM VÀ CỘT TẦNG 1

Cấu Kiện

Phân bố tam giác

Phân bố đều

Tập trung

Phân bố tam giác

Phân bố đều

Tập trung

* Đối với tải lên dầm:

Theo phương ngắn tĩnh tải do sàn truyền lên có dạng tam giác , với giá trị cực đại:

1

g = 2*g s*l1/2=2*382.6*3=2296 (Kg/m) Hoạt tải dạng tam giác có giá trị cực đại :

p = 2*240*3=1440 (Kg/m)

* Đối với tải lên cột :

BẢNG GIÁ TRỊ TẢI TRỌNG LÊN DẦM VÀ CỘT TẦNG TRỆT

Cấu Kiện

Phân bố tam giác

Phân bố đều

Tập trung

Phân bố tam giác

Phân bố đều

Tập trung

* Đối với tải lên dầm:

Theo phương ngắn tĩnh tải do sàn truyền lên có dạng tam giác , với giá trị cực đại:

1

g = 2*g s*l1/2=2*447.6*3=2686 (Kg/m) Hoạt tải dạng tam giác có giá trị cực đại :

p=7200 (Kg) BẢNG GIÁ TRỊ TẢI TRỌNG LÊN DẦM VÀ CỘT TẦNG HẦM

Cấu Kiện

Phân bố tam giác

Phân bố đều

Tập trung

Phân bố tam giác

Phân bố đều

Tập trung

57

3.4.TẢI TRỌNG NGANG TÁC DỤNG VÀO KHUNG

3.4.1.Xác định áp lực gió tác dụng (theo TCXD 229 : 1999) :

3.4.1.1 Xác định độ cứng ej & tần số dao động riêng của nhà :

SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC

Vì kích thước công trình theo 2 phương gần bằng nhau nên để đơn giản cho việc tính toán ta chỉ tính cho một phương ,Lấy kết quả này bố trí cho phương kia Sơ đồ tính toán động lực của nhà là 1 thanh công xôn ngàm chặt vào đất, có điểm tập trung khối lượng ứng với các mức sàn

Theo phần mềm Phần Tử Hữu Hạn SAP2000

Công trình xây dựng là BTCT ⇒δ = 0.3 , Vùng áp lực gió là vùng II

⇒ Giá trị giới hạn tần số dao động riêng fL là :

fL = 1,3

Ta Thấy :

f1 < fL < f2, f3Nên việc xác định thành phần động của gió chỉ kể đến dạng dao động đầu tiên

3.4.1.2.Xác định các dạng dao động riêng :

Biên Độ dao động riêng thứ 1 tại điểm j được xác định qua kết quả chạy SAP2000:

Kết quả các giá trị yij của 3 dạng dao động riêng đầu tiên là :

3.4.1.3.Xác định giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của áp lực gió :

Giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của áp lực gió Wj ở độ cao zj so với mốc chuẩn được xác định theo công thức :

W j = W 0× K(z j ) × C

Trong Đó :

W0 : Giá trị áp lực gió Tiêu Chuẩn Công trìh

xây dựng ở TP HCM thuộc vùng II – A (Tra Bảng 8 TCXD 229 – 1999 ) Ta

3.4.1.4.Xác đinh thành phần động của tải trọng gió lên công trình :

Giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió tác dụng lên phần thứ j (có cao độ z ) ứng với dạng dao riêng thứ i được xác định theo công thức :

1 1 1 )

1 (j j ξ ψ j

ξ : Hệ số động lực ứng với dạng dao động thứ 1

yj1 : Dịch chuyển ngang tỉ đối của trọng tâm phần công trình thứ j ứng với dạng dao động thứ 1

i

ψ : hệ số được xác định bằng cách chia công trình thành n phần, Trong phạm vi mỗi phần tải trọng gió có thể coi như không đổi

Xác định hệ số Ψ1 :

Hệ số Ψ1 được xác định bằng công thức :

n

j

Fj j

M y

W y

1

2 1

1 1 1

ψ

Với :

WFj :Giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió tác dụng lên phần thứ j của công trình, ứng với các dạng dao động thứ 1 khi chỉ kể đến ảnh hưởng của xung vân tốc gió, được xác định theo công thức

j j j

j

Fj W D h

W = × ζ × υ × ×Trong đó :

Wj : Đã tính ở bảng trên

Dj ; hj : Bề rộng và chiều cao của mặt đón gió ứng với phần thứ j

ζj: Hệ số áp lực động của tải trọng gió ở độ cao z ứng với phần thứ j của công trình Phụ thuộc vào dạng địa hình và chiều cao z (Tra bảng 3 TCXD 229 – 1999 )

υ :Hệ số tương quan không gian áp lực động của tải trọng gió được xác định phụ thuộc vào vào tham số : ρ, χ và dạng dao động Với mặt phẳng tọa độ song song với bề mặt tính toán zox ta có :

Tầng Cao độ z Wj (T/m2) ξj hj Dj W

Khối lượng các tầng tính sơ bộ như sau :

Các tầng trệt→ 10 : M = 110(T)

thượng : M = 150 (T)

Từ các giá trị : Mj ; yji ; WFj Ta tính ra được :

ψ1 = 0.041397

.Xác định hệ số động lực ξi :

Hệ số động lực ξi xác định phụ thuôc vào thông số εi và độ giảm loga của dao động δ

Thông số εi được xác định theo công thức :

γ : Hệ số tin cậy tải trọng gió lấy γ = 1.2

fi : Tầng số dao động riêng thứ i

W0 : Lấy bằng 830 (N/m2)

Ở đây công trình bằng BTCT nên có δ = 0.3 Theo đồ thị (hình 2 trang 10 TCXD 229 – 1999 ) Ta xác định được hệ số động lực ξi như sau :

61

BẢNG GIÁ TRỊ HỆ SỐ ĐỘNG LỰC :

3.4.1.5.Xác định giá trị động của gió :

Từ các giá trị đã tính ở trên ta xác đinh được giá trị tiêu chuẩn của thành phần động của tải trọng gió

Giá trị tính toán thành phần động của gió được được xác định :

) ji ( P tt

) ji (

Với :

γ : Hệ số tin cậy đối với tải trọng gió, γ = 1.2

β : Hệ số điều chỉnh tải trọng gió theo thời gian Lấy β = 1 Bảng kết quả các giá trị tiêu chuẩn và giá trị tính toán thành phần động của tải trọng gió (Được tính toán trong bản sau)

BẢNG GIÁ TRỊ GIÓ ĐỘNG THEO ĐỘ CAO :

3.4.1.6.Giá trị gió tác dụng vào công trình :

Theo quy phạm ta phải chất gió động và gió tĩnh riêng biệt lên công trình để tính toán và chỉ được phép tổ hợp nội lực Nhưng để đơn giản ta cộng phần gió động và gió tĩnh lại và xem chúng như ngoại lực tác dụng vào công trình

Ta có bảng kết quả gió tác dụng tại các cao trình sàn của nhà :

GIÁ TRỊ GIÓ TÍNH TOÁN TẠI CAO TRÌNH SÀN

3.4.2 Aùp lực chủ động của đất:

Sau khi đào hố móng tầng hầm, ở xung quanh tường chắn được đổ cát Như vậy

áp lực chủ động của đất tác dụng vào tường chắn và cột cổ móng với các chỉ tiêu

cơ lí được lấy theo chỉ tiêu cơ lí của lớp cát c=0,123 kg/cm2 ,ϕ =11ο ,

γw =1,909 T/m3

SƠ ĐỒ TÍNH:

Mực nước ngầm nằm dưới đáy tầng hầm

- Hoạt tải thẳng đứng trên lớp đất đắp:

0

Z 2,05

p

63

p = 1,2x500 = 600(kg/m2)

- Cường độ áp lực đất và hoạt tải lên vách hầm:

p = (k γ z + k p)b = k(γz + p) Với

k=tg2(450 −5.50)=0.68 b=bề rông chịu lực

** Tại điểm cách đỉnh vách tầng hầm 1.4m (Z = 0m):

pa = k p.b = 0,68x600x7= 2856 (kg/m)

** Tại độ sâu -3.45m (Z= 2.05m):

pa = k (γ.z+p).b = 0,68x(1900.2,05 + 600 ).7 = 21396 (kg/m)

** Tại độ sâu -3.45m (Z= 2.05m) (Aùp lực đất TD vàđầu cột cổ móng)

pa = k (γ.z+p).b = 0,68x(1900.2,05 + 600 ).0.6 = 1834(Kg/m)

** Tại độ sâu -4.95m (Z= 3.55m) (Aùp lực đất TD vàchân cột cổ móng)

pa = k (γ.z+p).b = 0,68x(1900.3,55 + 600 ).0.6 = 2997(Kg/m)

- Aùp lực chủ động của đất truyền vào tường chắn rồi từ tường chắn truyền vào cột tầng hầm dưới dạng tải phân bố trên cột theo dạng hình thang

3.5 TỔ HỢP NỘI LỰC

3.5.1Các trường hợp tải:

Tĩnh tải (TT)

- Gồm tĩnh tải phân bố trên sàn, tải tường,và dầm

- Để dễ quản lí, trong quá trình khai báo trong SAP 2000,tĩnh tải được tách ra thành tĩnh tải ( gồm tải phân bố trên ô sàn + tải cầu thang ) và tải tường ( tải tường bao che và tường ngăn bên trong); hai trường hợp tải đó khi tổ hợp được gộp chung là TĨNH TẢI

Hoạt tải tầng chẳn ( HTTC)

Hoạt tải tầng lẽ ( HTTL)

Hoạt tải cách nhịp chẵn (HTCNC)

Hoạt tải cách nhịp lẻ (HTCNL)

Hoạt tải liền nhịp chẵn (HTCNC)

Hoạt tải liền nhịp lẻ(HTLNL)

Hoạt tải gió trái (GIOTRAI),

Hoạt tải gió phải(GIÓ PHẢI) (do tính chất đối xứng nên ta không xét GIO PHẢI khi khai báo để tính toán củng như trong các trường hợp tổ hợp)

3.5.2.Tổ hợp nội lực:

Mục đích của việc tổ hợp nội lực :

Xác định nội lực nguy hiểm nhất do tải trọng ngoài gây ra tại tiết diện khảo sát với tiết diện đã chọn Từ nội lực đó tính và bố trí cốt thép

64

3.5.2.1.Nguyên tắc tổ hợp nội lực :

Từ giá trị nội lực được xuất ra từ SAP2000 ta dùng chương trình RCD3.0 để xử lý tạo ra các file tổ hợp ứng với 7 trường hợp tải trọng đã khai báo trong SAP2000 Sau đó tổ hợp nội lực ứng với 35 trường hợp tổ hợp nội lực ở bên dưới Các giá trị của tổ hợp nội lực và diện tích cốt thép tính được ở phần phụ lục

3.5.2.2.Các trường hợp tổ hợp tải:

- Có hai loại tổ hợp :

+ Tổ hợp chính (tổ hợp cơ bản) : Gồm tĩnh tải(TT+TUONG) và một hoạt tải; hệ số tổ hợp chung cho tĩnh tải và hoạt tải là 1

+Tổ hợp phụ: Gồm tĩnh tải và nhiều hoạt tải hệ số là 0,9

3.6.Tính cốt treo dạng đai chịu lực tập trung cho dầm D23(Tầng 2-10):

Kiểm tra và bố trí cốt thép chống lại lực cắt cục bộ do lực tập trung từ

dầm trực phụ truyền xuống dầm chính D23:

Lực tập trung N = p+g = 13265.7 +3528 =16793.7 kG

Chọn cốt treo dạng đai 2 nhánh Φ8

Điều kiện : N ≤ 2*Fa*Ra*X

⇒ X ≥

Fa Ra

N

*

503.0

*1680

2x

16793.7

= 9.9 (thanh)

Ta chọn mỗi bên 5Φ8a50