Đồ án bê tông cốt thép 2

Và việc thay đổi tiết diện cột cần tuân theo quy tắc sau để tránh thay đổi đột ngột độ cứng của cột: độ cứng của cột trên không được nhỏ hơn 70% độ cứng của cột dưới, nếu 3 tầng giảm độ

THUYẾT TRÌNH “ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP 2”

Phần I: THÔNG SỐ ĐỀ BÀI:

1 Vật liệu:

- Bê tông cấp độ bền: B20

 Cường độ chịu nén tính toán bê tông: R b = 11.5MPa = 11500 kN/m 2

 Cường độ chịu kéo tính toán bê tông: R bt = 0.9 MPa = 900 kN/m 2

 γ b = 1.0

 E s = 21x10 4 MPa; E b =27x10 3 MPa.

- Cốt thép nhóm:

 d ≤10= ¿CI: R S = 225 MPa, R SW = 175 Mpa.

 d>10= ¿CII: R S = 280 MPa, R SW = 225 Mpa.

 Cốt thép chịu kéo của sàn CII

 Cốt thép chịu kéo của dầm, cột, móng CII

17 15 13 11

1 3 5 7

9

11 13 15QU? Y BAR

+3.800 +3.800

B B

1 2 3 4 5

Phần 1: Đánh giá sự làm việc của công trình:

Ta có :

Công trình có mặt bằng chạy dài, nội lực chủ yếu gây ra trong khung ngang , vì độ cứng của khung ngang nhỏ hơn nhiều lần độ cứng của khung dọc,nên ta xem khung dọc là tuyệt đối cứng

Chọn sơ bộ các kích thước tiết diện và cấu tạo sàn:

- Mái: sử dụng mái bằng, bê tông cốt thép, chỉ có hoạt tải sửa chữa

1 Bản sàn:

- Phân loại bản sàn:

Xét tỉ số 2 cạnh ô bản làm việc, L1 là cạnh ngắn, L2 là cạnh dài như sau:

 Nếu L2/ L1≤ 2= ¿ Bản thuộc loại bản kê, bản làm việc 2 phương.

 Nếu L2/ L1 >2= ¿ Bản thuộc loại bản dầm, coi như bản làm việc 1 phương L1.

- Giả sử lựa chọn sơ bộ theo:

Bản kê 4 cạnh (sàn làm việc 2 phương)

Bản dầm( sàn làm việc theo 1 phương) :

Bảng chọn sơ bộ tiết diện sàn:

STT Tên ô bản kích thước L2/L1 Loại bản hs

1 OS1 6.0 5.0 1.2 Làm việc 2 phương (111÷142)

3 OS2.1 4.0 2.7 1.5 Làm việc 2 phương (60÷77)

4 OS2.2 6.0 1.8 3.3 Làm việc 1 phương (50÷60)

5 OS2.3 2.7 1.2 2.25 Làm việc 1 phương (34÷40)

6 OS3 6.0 5.0 1.2 Làm việc 2 phương (111÷142)

Vậy, chọn bề dày bản sàn là h b = 120 mm

Vì mái nhà không sử dụng nên ta ta chọn bề dày sàn mái là : h sm = 80 mm

Dựa trên sự đánh giá làm việc của công trình , ta chọn sơ bộ dầm như sau:

- Chọn sơ bộ kích thước tiết diện dầm theo phương A,B

Trong đó: bt - bề dày tường (0.1m-0.2 m)

ht - chiều cao tường (h – hd = 3.3 – 0.3 = 3.0 ( m)

t - khối lượng riêng tường (18 kN/m2)

ng - hệ số vượt tải

3 Kích thước cột:

Tiết diện cột được chọn thông qua ước lượng tổng tải đứng tác dụng lên cột Và việc thay đổi tiết diện cột cần tuân theo quy tắc sau để tránh thay đổi đột ngột độ cứng của cột: độ cứng của cột trên không được nhỏ hơn 70% độ cứng của cột dưới, nếu 3 tầng giảm độ cứng liên tục thì tổng lượng thay đổi không quá 50 %.

Việc chọn kích thước tiết diện cột sẽ được thực hiện theo các bước sau:

Tiết diện cột được chọn sơ bộ theo công thức:

A o =n k t N

R b

 Trong đó: n là số tầng (4 tầng)

Rb - Cường độ chịu nén của bê tông (B20có Rb= 11.5 MPa)

kt - Hệ số xét đến ảnh hưởng khác nhau như momen uốn, hàm lượng cốt thép, độ mảnh cột (chọn 1.1 - 1.5)

N - Lực nén được tính toán gần đúng như sau:

N i =q s × S i +g d +g t +g c

Trong đó: qs – trọng lượng sàn trong diện truyền tải

Si – diện truyền tải tầng thứ i

gd – trọng lượng dầm trong diện truyền tải

gt – trọng lượng bản thân tường trong diện truyền tải

γ (T/m3)

tảitiêu chuẩn (T/m2)

hệ sốvượt tảin

Tảitính toán(T/m2)

hệ sốvượt tảin

tảitínhtoán(T/m2)

trọng lượng riêng

γ (T/m3)

tảitiêu chuẩn(T/m2)

hệ sốvượt tảin

tảitính toán(T/m2)Hai lớp gạch lá men vữa

hệ sốvượt tảin

tảitínhtoán(T/m2)

- Tính cho ô bản loại làm việc 2 phương ( OS1, OS2, OS 2.1, OS 3)

- Các ô sàn đều có hd/hb = 500/120 = 4.17 ≥ 3 xem bản ngàm vào dầm

 Tính theo sơ đồ 9 gồm 4 biên ngàm.

Sơ đồ tính

BẢNG TÍNH NỘI LỰC SÀN HAI PHƯƠNG Ở

LẦU 1,2,3,4

h

Cạn h

0.0325 0.639

Ký hiệu Momen Giá trị M h o R b R s  m  A s

Chọ n thép

- Bảng tính nội lực cho sàn tầng mái

BẢNG TÍNH NỘI LỰC SÀN HAI PHƯƠNG Ở SÀN MÁI

- Tính ô sàn làm việc theo 1 phương ( OS 2.2,OS 2.3,OS 4)

Tải trọng truyền theo phương cạnh ngắn,nên khi tính toán,ta cắt bản thành dải

có bề rộng bằng 1(m)

Bảng tính nội lực như sau :

Bảng tính A s , chọn thép sàn

n thép

A s

a (m.m )

chọ n

0.019 1

0.75577

2.5 2

M nhịp 0.193

10.

0.020 6

0.020 8

0.82520

2.5 2

0.008 4

0.33410

2.5 2

M nhịp 0.086

10.

0.009 1

0.009

2.5 2 OS4

(congxon

) M gối 0.504 10.5 8.5 225 0.0538 0.0553 2.19401 8 150 3.35

- Bảng tính nôi lực cho sàn mái như sau :

BẢNG TÍNH NỘI LỰC SÀN 1 PHƯƠNG Ở SÀN MÁI

 Kiểm tra võng và nứt cho ô sàn lớn nhất ( theo TCVN 5574-2012):

- Ta chọn ô bản 2để kiểm tra vì có tải trọng và nhịp lớn nhất trong các ô bản

để kiểm tra độ võng và nứt cho sàn.

Với tải trọng tiêu chuẩn, ta tìm được nội lực như sau:

 Kiểm tra hình thành khe nứt:

- Mômen cực hạn gây ra nứt cho tiết diện được tính toán theo công thức sau:

- I b 0 , I s 0 , I s 0 ' : lần lượt là mômen quán tính đối với trục trung hoà của diện tích vùng

bê tông chịu nén, của diện tích cốt thép chịu kéo và của diện tích cốt thép chịu nén

- S b 0: mô men tĩnh đối với trục trung hoà của diện tích vùng bê tông chịu kéo

- W pl: mô men kháng uốn của tiết diện đối với thớ bê tông chịu kéo ngoài cùng cốt thép đến biến dạng không đàn hồi của bê tông vùng chịu kéo

- Vị trí trục trung hòa được xác định từ phương trình:

 Trường hợp 1: Tính tại giữa nhịp: M =401 daNm/m

Vì tính ở nhịp nên không có cốt thép trong vùng nén A s

Thép ϕ8 thuộc loại CI có Es=21.104Mpa

Bêtông B20 đóng rắn tự nhiên Eb=27.103MPa

Kiểm tra điều kiện:

M = 401 ≤ Mcrc = 614.49 daNm => Không xuất hiện vết nứt ở nhịp

 Trường hợp 2: Tính tại gối: M =920 daNm/m

A s =5.03 cm2

A s '

Thép ϕ8 thuộc loại CI có Es=21.104MPa

Bêtông B20đóng rắn tự nhiên Eb=27.103Mpa

Kiểm tra điều kiện:

M = 920 ≤ Mcrc = 1001.28 daNm => Không xuất hiện vết nứt ở gối

- Kết luận: Không xuất hiện vết nứt trên cấu kiện.

B2 = B1

φ b 2

- φb là hệ số ảnh hưởng đến từ biến của bê tông

φb1 = 0.85 với bê tông nặng ; φb2 = 2

- Ired – moment quán tính của tiết diện quy đổi với trục trọng tâm của tiết diện:

I¿=b h3

 Ta có: f < [f] nên thỏa điều kiện độ võng của ô bản

Sử dụng Safe để kiểm tra độ võng

F=(f 1 -f 2 )+f 3 <[f]

Trong đó

f 1 là độ võng sàn do tác dụng tải ngắn hạn và toàn bộ tải trọng = D+SD+LL

f 2 là độ võng tác dụng ngắn hạn của tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời dài hạn = D+SD+0.5LL

f 3 là độ võng sàn do tác dụng dài hạn của tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời dài hạn (đã xét đén từ biến của bê tông =2)

BẢN VẼ ĐƯỢC THỂ HIỆN TRONG BẢN CAD

Lưu ý : Đã trừ BTCT sàn dày 120 mm Tĩnh tải tường:

Ghi chú:Tải tường chỉ có ở các tầng bên dưới, tầng mái không có tải tường.

TẢI TƯỜNG TÁC DỤNG LÊN DẦM

b

(kN/m)

hệ sốvượt tảin

tảitínhtoán(kN/m2)

LOẠI

tảitiêuchuẩn(kN/m2)

hệ sốvượt tảin

tảitínhtoán(kN/m2)HOẠT TẢI

Tải gió bao gồm 2 thành phần tĩnh và động:

Vì công trình có chiều cao dưới 40m nên thành phần gió động của tải trọng gió không cầnxét đến

Tải trọng gió tác dụng lên khung không gian phải tính toán theo 4 hướng: gió trái,

gió phải, gió trước, gió sau Mỗi hướng gió gồm gió đẩy và gió hút Phải tính toán tải

trọng gió lên tất cả các dầm biên của công trình

Tải trọng gió tác dụng lên dầm biên:

a Gió đẩy:

W =W0×k × c × n× B tg(kN

m )

Trong đó: Wo – giá trị áp lực gió tiêu chuẩn lấy theo TCVN 2737-1995

(công trình được xây dựng tại TP HCM: Wo = 95 kN/m2, khu vực II.A giảm 12 kN/m2

(công trình được xây dựng tại HỒ CHÍ MINH – khu vực II.A: Wo = 95 kN/m, khu vực

II.A giảm 12 kN/m nên còn 83 daN/m 2)

k- hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo độ

n- hệ số tin cậy (lấy giá trị n = 1.3) c’- hệ số khí động phụ thuộc vào hình dáng công trình (c = - 0.6)

Btg- chiều cao tầng nhà (Btg = 3.3 m)

TA SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP GẮN TẢI GIÓ VÀO TÂM HÌNH HỌC

TA CÓ BẢNG EXCEL TÍNH TẢI GIÓ TĨNH

Trọng lượng nước trong bể là Qn=3.2*2.7*1.5*1=12.96 (T)

Lực do bể nước tác dụng ở các cột 6 chân cột bể nước là

KẾT QUẢ XUẤT EXCEL DẦM VÀ LỌC LÀ :

Tm cm cm - - cm 2 n 1  n 2  cm 2

2 -3.763 20 25 0.262 0.310 6.36 2 18 + 2 16 9.11

TAÀN

VI TRI

2 -11.94 20 45 0.256 0.302 11.16 3 18 + 2 16 11.66 D20.3

0

Gối

1 -0.346 10 25 0.048 0.049 0.51 2 16 + 0 0 4.02 Nhịp 0.993 10 25 0.138 0.149 1.53 2 16 + 0 0 4.02 Gối

2 -0.346 10 25 0.048 0.049 0.51 2 16 + 0 0 4.02

VI TRI

p 8.784 20 45 0.18 9 0.21 1 7.79 3 18 + 2 18 12.72 Gối

2 -11.06 20 45 0.23 8 0.27 5 10.1 8 3 18 + 2 18 12.72 D20.30 Gối

2 -1 20 25 0.07 0 0.07 2 1.48 2 18 + 0 0 5.09 D10.30

Gối

1 -0.31 10 25 0.04 3 0.04 4 0.45 2 16 + 0 0 4.02 Nhị

p 0.917 10 25 0.12 8 0.13 7 1.41 2 16 + 0 0 4.02 Gối

2 -0.306 10 25 0.04 3 0.04 4 0.45 2 16 + 0 0 4.02

p 7.336 20 45 0.15 8 0.17 2 6.37 2 18 + 2 16 9.11 Gối

2 -7.592 20 45 0.16 3 0.17 9 6.62 2 18 + 2 16 9.11 D20.30 Gối

2 -1.129 20 25 0.07 9 0.08 2 1.68 2 18 + 0 0 5.09 D10.30

Gối

1 -0.185 10 25 0.02 6 0.02 6 0.27 2 16 + 0 0 4.02 Nhị

p 0.711 10 25 0.09 9 0.10 4 1.07 2 16 + 0 0 4.02 Gối

2 -0.185 10 25 0.02 6 0.02 6 0.27 2 16 + 0 0 4.02

p 18.959 20 45 0.407 0.56 9 21.03 3 25 + 3 18 22.36 Gối

2 -0.057 20 25 0.004 0.00 4 0.08 2 18 + 0 0 5.09 D10.3

0

Gối

1 -0.051 10 25 0.007 0.00 7 0.07 2 16 + 0 0 4.02 Nhị

p 0.443 10 25 0.062 0.06 4 0.65 2 16 + 0 0 4.02 Gối

-Suy ra,Bê tông không đủ chịu cắt,cần phải tính cốt đai chịu lực cắt

Xác định bước cốt đai:

-Chọn s=100(mm) bố trí trong đoạn l/4 đoạn đầu dầm.

Kiểm tra lại:

Chọn s=200(mm) bố trí trong đoạn l/2 ở giữa dầm.

Suy ra,Bê tông không đủ chịu cắt,cần phải tính cốt đai chịu lực cắt

Xác định bước cốt đai:

Chọn s=100(mm) bố trí trong đoạn l/4 đoạn đầu dầm.

Kiểm tra lại:

-Chọn s=200(mm) bố trí trong đoạn l/2 ở giữa dầm D200x300

PHẦN TÍNH CỘT

Các cột trong công trình chịu moment theo cả hai phương X, Y nên tính toán theo cột chịu nén lệch tâm xiên Việc giải chính xác cột nén lệch tâm xiên là khó khăn và tốn nhiều thời gian Do đó sử dụng phương pháp gần đúng để tính toán cột chịu nén lệch tâm xiên Đây là phương pháp được trình bày bởi GS Nguyễn Đình Cống Phương pháp gần đúng dựa trên việc biến đổi trường hợp nén lệch tâm xiên thành nén lệch tâm phẳng tương đương để tính cốtthép Nguyên tắc của phương pháp này được trình bày trong tiêu chuẩn Anh BS8110 và USA

- ACI 318, GS Nguyễn Đình Cống đã dựa vào nguyên tắc đó để lập ra các công thức và điều kiện tính toán phù hợp với TCXDVN 356:2005

Qui ước: mô men xoay quanh trục Y là Mx, xoay quanh trục X là My Các cột trong công trình chịu moment theo cả hai phương X, Y nên tính toán theo cột chịu nén lệch tâm xiên Việc giải chính xác cột nén lệch tâm xiên là khó khăn và tốn nhiều thời gian Do đó sử dụng phương pháp gần đúng để tính toán cột chịu nén lệch tâm xiên Đây là phương pháp được trình bày bởi GS Nguyễn Đình Cống Phương pháp gần đúng dựa trên việc biến đổi trường hợp nén lệch tâm xiên thành nén lệch tâm phẳng tương đương để tính cốt thép Nguyên tắc của phương pháp này được trình bày trong tiêu chuẩn Anh BS8110 và USA - ACI 318, GS Nguyễn Đình Cống đã dựa vào nguyên tắc đó để lập ra các công thức và điều kiện tính toán phù hợp với TCXDVN 356:2005

Qui ước: mô men xoay quanh trục Y là Mx, xoay quanh trục X là My

Hình 4.7: Qui ước chiều mô men trong cột.

Tính toán cột tiết diện chữ nhật theo phương pháp gần đúng:

Xét tiết diện cạnh Cx, Cy Điều kiện để áp dụng phương pháp gần đúng là:

, cốt thép được đặt theo chu vi, phân bố đều hoặc mật độ cốt thép trên cạnh

b có thể lớn hơn (cạnh b được giải thích ở bảng về mô hình tính)

Tiết diện chịu lực nén N, mô men uốn Mx, My, độ lệch tâm ngẫu nhiên eax, eay Sau khi xét uốn dọc theo 2 phương, ta có:

Mx1 = x Mx ; My1 = yMy.Tùy theo tương quan giữa giá trị Mx1 và My1 với kích thước các cạnh mà ta đưa về một trong hai mô hình tính toán (theo phương X hoặc Y)

Bảng 4.16: Phân loại điều kiện làm việc của cột

Mô hình Theo phương x Theo phương y

Giả thiết chiều dày lớp bê tông bảo vệ ao, chọn a, tính ho = h – a; Z = h –2a

Tiến hành tính toán theo trường hợp đặt cốt thép đối xứng:

- Trường hợp 1: Nén lệch tâm rất bé khi , tính toán gần như nén đúng tâm

Hệ số ảnh hưởng độ lệch tâm e

Cốt thép được chọn đặt đều theo chu vi (mật độ cốt thép trên cạnh b có thể lớn hơn).

- Trường hợp 2: Khi đồng thời x1 >Rho , tính toán theo trường hợp nén lệch tâm bé

Xác định chiều cao vùng nén x:

; Diện tích toàn bộ cốt thép Ast:

minh họa chi tiết cho cặp nội lực tính ra thép có diện tích lớn nhất tương ứng của cột tại

tầng 1, các cặp nội lực khác tương tự và được lập thành bảng

Ta có : trong hệ tọa độ địa phương thì :

trục 1 – trục màu đỏ , trục 2- trục màu trắng, trục 3-trục màu xanh

Quan sát trên mô hình ETAPS , ta có M22=Mx, M33=My

Tính toán cốt thép đối xứng nên không cần quan tâm đến chiều của mô men

Vật liệu:

Bê tông B20 có:

Cường độ chịu nén tính toán: Rb = 11.5 MPa

Mô đun đàn hồi: Eb =27x103MPa

Thép CII có:

Cường độ chịu kéo tính toán: Rs = 280 MPa

Mô đun đàn hồi: Es = 21x104 MPa

Hệ số R =0.623; R = 0.429

Bảng tính thép cột được tóm tắt như sau :

Story Col COMB PHUONG LECH Acm 2

Cốt thép được chọn đặt đều theo chu vi

Vì diện tích A s tính toán nhỏ nên ta bố trí cốt thép cột theo cấu tạo

Tính toán cốt đai cột

Cấu tạo cốt đai kháng chấn theo TCXDVN 375-2006: Các vùng trong khoảng cách lcr

kể từ cả hai tiết diện đầu mút của cột kháng chấn chính phải được xem như là các vùng

tới hạn Khi thiếu những thông tin chính xác hơn, chiều dài của vùng tới hạn lcr (tính bằng

mm) có thể được tính toán từ biểu thức sau đây:

lcr = max {h c ; l cl /6; 450}

Trong đó:

hc:kích thước lớn nhất tiết diện ngang của cột (tính bằng mm);

lcl: chiều dài thông thuỷ của cột (tính bằng mm)

Nếu lcl/ hc 3, toàn bộ chiều cao của cột kháng chấn chính phải được xem như là một

vùng tới hạn và phải được đặt cốt thép theo qui định

Cốt đai tính toán theo TCXDVN 356 : 2005

Bê tông có thể chịu được lực cắt không lớn hơn:

smax = Các hệ số

Φb3 = 0.6 – với bê tông nặng

Φb4 = 1.5 – với bê tông nặng

Φn = 0.1 N / (Rbt b ho) 0.5 – hệ số xét đến ảnh hưởng lực dọc

φb2 = 2.0 – với bê tông nặng

Tính toán cốt đai cho cột – khung trục C như sau:

Lực cắt lớn nhất trong cột được xác định từ phần mềm ETAB là

Để đơn giản ta lấy 1 giá trị Qmax để tính toán và bố trí chung cho tất cả các cột

Từ kết quả lọc nội lực Qmax =-16.21 (T)

Kiểm tra khả năng chịu cắt của bê tông có lực cắt lớn nhất Q=16.21 (T)

Thiết kế cầu thang bộ:

Hình dáng cầu thang: Cầu thang 3 vế gấp khúc vuông hình chữ U

Ta có mặt đứng, mặt bằng kiến trúc của cầu thang nhà phố

11 9

7 5 3

1

21 19

17 15

13

1 3 5 7

17 19 21

753

1

2119

1715

Xác định tải trọng tác dụng lên cầu thang

Tĩnh tải: gồm trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo

g1 bậc=

Tải trọng tác dụng lên phần chiếu nghỉ (bậc thứ 8,9):

Tĩnh tải: gồm trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo

 Tính vế 3 :

Phương pháp làm tương tự như vế 1

Bản thang ( phần bản nghiêng) gồm 4 bậc Ta có góc nghiêng của bản thang là

, suy ra : α=34o

Xác định tải trọng tác dụng lên cầu thang

Tĩnh tải: gồm trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo

Tải trọng tác dụng lên phần chiếu nghỉ (bậc thứ 17,18):

Tĩnh tải: gồm trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo

g1 bậc=

=> g2 bậc= 0.04+0.08=0.12 (T)

Xác định tải trọng tác dụng lên cầu thang.

Tĩnh tải: gồm trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo

Hoạt tải:

p = pc.np cosα=0,3.1,2.cos34o=0,3 (T/m)

Tổng tải tính toán:

-Tải trọng tác dụng lên phần chiếu nghỉ (bậc thứ 16,17,18) và (bậc thứ 7,8,9):

Tĩnh tải: gồm trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo

Trong lượng tường xây trên dầm:

Do bản thang truyền vào nên là các phản lực tại các gối tựa A được đưa về dạng phân bố đều:

 q2 =1,5 (T/m)

Đoạn CD:

Trọng lượng bản thân dầm:

Trọng lượng tường xây trên dầm:

phân bố đều

Phản lực tại gối D là RD=0.93(T)