Đồ án thiết kế công trình dân dụng bê tông cốt thép

Sơ đồ tính và phương pháp xác định nội lựcđối với cột tính toán theo nén lệch tâm không gian,bằng phương pháp tương đương, phương pháp trực tiếp, biểu đồ tương tác 3.. Phần 1: Tính toán

BÀI THUYẾT TRÌNH BÊ TÔNG CỐT THÉP 2:

“THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG BÊ TÔNG CỐT THÉP”

GVHD: Th.S Nguyễn Tấn SVTH: 1 NGUYỄN THANH BÌNH _KC12

2 NGUYỄN ĐÌNH KHẢI _XC12B

3 NGUYỄN VĂN DỰ _ XC12A

MỤC LỤC

Phần I: Đề bài

Phần II: Tính toán cốt thép và bố trí cốt thép cho sàn

1 Phân tích và đề xuất phương án tính toán cho sàn

2 Cấu tạo, kích thước tiết diện và xác định tải trọng tác dụng

3 Sơ đồ tính và phương pháp xác định nội lực

4 Tính toán và kiểm tra cốt thép

5 kiểm tra võng và nứt

Phần III:Tính toán cốt thép và bố trí cốt thép cho cầu thang bộ

1 Phân tích và đề xuất phương án tính toán cho cầu thang

2 Cấu tạo, kích thước tiết diện và xác định tải trọng tác dụng

3 Sơ đồ tính và phương pháp xác định nội lực

4 Tính toán và kiểm tra cốt thép

5 kiểm tra võng và nứt

Phần IV:Tính toán cốt thép và bố trí cốt thép cho khung không gian

1 Cấu tạo, kích thước tiết diện và xác định tải trọng tác dụng với cột và dầm

2 Sơ đồ tính và phương pháp xác định nội lực(đối với cột tính toán theo nén lệch tâm không gian,bằng phương pháp tương đương, phương pháp trực tiếp, biểu đồ tương tác)

3 Tính toán và kiểm tra cốt thép

4 kiểm tra võng và nứt

5 tính toán và kiểm tra cốt thép

 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:

 Cốt thép chịu kéo của sàn CII

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

3250

10000 3000

+6.650 P.SHC

+6.650 P.NGUÛ 1

+6.600 WC2

1000 1000 1000

1400 100 500

+3.675 +6.650 +10.010 13.370 +16.730 +19.800

Phần 1: Tính toán và bố trí cốt thép toàn sàn:

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.

- Bản sàn: giả sử lựa chọn sơ bộ theo:

CHỌN SƠ BỘ TIẾT DIỆN CỘT

1 Chọn sơ bộ kích thước tiết diện dầm:

- -công có tiết diện 200x300

3 Tĩnh tải tường: tải tường dạng phân bố đều trên dầm:

Chọn tầng có chiều cao lớn nhất là h tầng = 3.675 ( m)

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

h t - chiều cao tường (h – h d = 3.675 – 0.5 = 3.175 ( m)

t - khối lượng riêng tường (18 kN/m 2 )

n g - hệ số vượt tải

4 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)

R b - Cường độ chịu nén của bê tông (B20có R b = 11.5 MPa).

k t - 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: q s – trọng lượng sàn trong diện truyền tải

S i – diện truyền tải tầng thứ i

g d – trọng lượng dầm trong diện truyền tải

g t – trọng lượng bản thân tường trong diện truyền tải

g c – trọng lượng bản thân cột

b c × h c × n g × γ b × H c (Chưa biết các cột phía trên)

Chọn cột 2-A làm cột tính sơ bộ tiết diện cột

Sẽ lấy q s max , g dầm max , g t max

N= 6x [(3.962+3,6) *

(3.55/2*4.9/2+3.8/2*4.9/2)+2.2*((3.55+3.8)/2+4.9/2)+12.575*(3.55+3.8+4.9)/ 2]=923( KN)

16450 1200

- Xét tỉ số 2 cạnh ô bản làm việc, L 1 là cạnh ngắn, L 2 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

L 1.

L2(m) L1(m)

1 OS1 4.900 3.550 1.38 Làm việc 2 phương

TẢI TRỌNG:

1 TĨNH TẢI

Hình 2.1 Cấu tạo sàn Bảng 2.1 Tải trọng tác dụng lên sàn thường:

- Tất cả tường biên là tường 200, còn lại tường ngăn là tường 100 (kể cả tấm chắn ban công) Để thiên về an toàn và đơn giản trong việc tính toán, ta cho tường có mặt ở tất cả bên trên dầm.

- Các ô sàn đều có h d /h b = 400/100 = 4 ≥ 3 xem bản ngàm vào dầm

 Tính theo sơ đồ 9 gồm 4 biên ngàm.

Tính As ,chọn thép sàn

Tính sàn 1 phương

 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:

M1tc= 294 daN/m

 Kiểm tra hình thành khe nứt:

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

M crc=R bt , ser W pl

- 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:

S b 0 ' +α S s 0 ' −α S s 0=h−x

2 A bt

Với S b 0 ' , S s 0 ' , S s 0 lần lượt là mô men quán tính tĩnh đối với trục trung hòa của diện tích vùng bê tông chịu nén, diện tích cốt thép chịu nén và diện tích cốt thép chịu kéo.

 Trường hợp 1: Tính tại giữa nhịp: M =294 daNm/m

Vì tính ở nhịp nên không có cốt thép trong vùng nén A ' s=0

Thép ϕ6 thuộc loại CI có Es=21.104Mpa

Bêtông B20 đóng rắn tự nhiên Eb=27.103MPa

M crc=R bt , ser W pl=14 × 3007=43479.4 daNcm=434.794 daNm

Kiểm tra điều kiện:

M = 297 ≤ M crc = 420.98 daNm => Không xuất hiện vết nứt ở nhịp

 Trường hợp 2: Tính tại gối: M =672 daNm/m

Thép ϕ8 thuộc loại CI có Es=21.104MPa

Bêtông B20đóng rắn tự nhiên Eb=27.103Mpa

M crc=R bt , ser W pl=14 x 5105.7=71479.8 daNcm=714.798 daNm

Kiểm tra điều kiện:

M = 672 ≤ M crc = 714.798 daNm => Không xuất hiện vết nứt ở gối.

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

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

φ b1 = 0.85 với bê tông nặng ; φ b2 = 2

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

Riêng nhà vệ sinh OS4 là Ps=240 dN/m 2

Lưu ý: gắn tải tương lên dầm ảo

d Tải gió

Nhận xét: Tải trọng gió tác dụng lên khung không gian được tính toán tương tự khung phẳng.

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 cần xét 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:

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

(công trình được xây dựng tại TP HCM: W o = 95 kN/m 2 , khu vực II.A giảm 12 kN/ m2

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

(công trình được xây dựng tại thành phố Cần Thơ – khu vực II.A: W o = 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)

B tg - chiều cao tầng nhà (B tg = 3.6 m)

BẢNG TÍNH EXCEL

Lực do

bể nước tác dụng

Kết quả tính dầm : xem file excel và bản vẽ cad

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 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 M x , xoay quanh trục X là M y 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 M x , xoay quanh trục X là M y

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 C x , C y 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 M x , M y , độ lệch tâm ngẫu nhiên e ax , e ay Sau khi xét uốn dọc theo 2 phương, ta có:

M x1 =  x M x ; M y1 =  y M y Tùy theo tương quan giữa giá trị M x1 và M y1 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

Điều kiện

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

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

Hệ số chuyển đổi m o

Khi x 1 h 0 thì m o = 1 -

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

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 x 1 > R h o , tính toán theo trường hợp nén lệch tâm bé.

Xác định chiều cao vùng nén x:

; Diện tích toàn bộ cốt thép A st :

- Trường hợp 3: Khi đồng thời x 1 < R h o Tính toán theo trường hợp nén lệch tâm lớn

Cường độ chịu nén tính toán: R b = 11.5 MPa.

Mô đun đàn hồi: E b =27x10 3 MPa.

Thép CII có:

Cường độ chịu kéo tính toán: R s = 280 MPa.

Mô đun đàn hồi: E s = 21x10 4 MPa.

Tiết diện cột: Cx =300 mm; Cy = 300 mmChiều dài tính toán của cột C1: theo TCXDVN 356-2005

lox = loy = 1 x lc = 1.2 x (3.675-0.5) = 3.81 ( m)

Độ lệch tâm ngẫu nhiên:

Tính gần đúng như nén đúng tâm

Hệ số ảnh hưởng độ lệch tâm e

Hệ số uốn dọc phụ thêm khi xét nén đúng tâm:

e =  + Khi  lấy  = 1; khi 14 << 104 lấy  theo công thức:

Chọn 8d20

2.TA XÉT CẶP NỘI LỰC : M y max = - 68.463 (kNm)N max = - 677.08 (kN);

Tiết diện cột: Cx =300 mm; Cy = 300 mmChiều dài tính toán của cột C6: theo TCXDVN 356-2005

lox = loy = 1 x lc = 1.2 x (3.675-0.5) = 3.81 ( m)

Độ lệch tâm ngẫu nhiên:

x 1 < R h o=0.623x260=162(mm) Suy ra , Ta tính lệch tâm bé

Xác định chiều cao vùng nén x:

với Diện tích toàn bộ cốt thép A st :

Với k = 0.4

Chọn 4d22 3.Ta xet cặp nội lực : M x max =18.207 (kNm); N tu = -633.75 ( kN)

Tiết diện cột: Cx =300 mm; Cy = 300 mmChiều dài tính toán của cột C6: theo TCXDVN 356-2005

lox = loy = 1 x lc = 1.2 x (3.675-0.5) = 3.81 ( m)

Độ lệch tâm ngẫu nhiên:

 = 1.028 – 0.00002882 – 0.0016

=1.028-0.0000288x55.72 -0.0016x55.7=0.85

e=0.96

Diện tích toàn bộ cốt thép dọc Ast:

BÊ TÔNG ĐỦ KHẢ NĂNG CHỊU LỰC

Để thỏa TH1,TH2 thì ta bố trí thép như sau :

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 Tất cả các

cột ở các tầng đều bố trí cốt chịu lực theo cấu tạo.

Tính toán cốt đai cột

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

l cr 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 l cr

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

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

Trong đó:

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

l cl : chiều dài thông thuỷ của cột (tính bằng mm).

Nếu l cl / h c  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:

s max = Các hệ số.

Φ b3 = 0.6 – với bê tông nặng.

Φ b4 = 1.5 – với bê tông nặng.

Φ n = 0.1 N / (R bt b h o ) 0.5 – hệ số xét đến ảnh hưởng lực dọc

φ b2 = 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

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

Từ kết quả lọc nội lực Q max =43.02 KN

Kiểm tra khả năng chịu cắt của bê tông có lực cắt lớn nhất Q=43.02 KN

Kết luận:cột không bị phá hoại do ứng suất nén chính.