đồ án bê tông cốt thép

Đồ án bê tông cốt thép là đồ án đầu tiên của ngành xây dựng,tổng hợp các kiến thức trong bộ môn bê tông cốt thép theo aci,Đồ án bê tông cốt thép là đồ án đầu tiên của ngành xây dựng,tổng hợp các kiến thức trong bộ môn bê tông cốt thép theo aci,

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN

TẢI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

 ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ BÊ TÔNG CỐT THÉP THEO TIÊU CHUẨN

ACI

Sinh viên thực hiện: P

Lời nói đầu

Bài thuyết minh Đồ án môn học Kết cấu bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn ACI này được thực hiện giựa trên nhiều nguồn tài liệu khác nhau Phần sơ bộ kích thước, chọn chiều dày lớp bảo vệ làm theo TCVN vì một số lý do như điều kiện khí hậu cũng như không yêu cầu đảm bảo độ võng quá cao Các nội dung còn lại chủ yếu tính toán giựa trên cuốn Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318-14)

Để hoàn thành tốt Đồ án này em xin chân thành cảm ơn thầy Huỳnh Văn Thành – giáo viên bộ môn khoa Công trình giao thông trường đại học Giao thông vận tải thành phố Hồ Chí Minh, người đã nhiệt tình, tâm huyết hướng dẫn chúng em trong suốt quá trình thực hiện Đồ án Em xin đại diện lớp kính chúc thầy luôn dồi dào sức khỏe và gặp nhiều thành công trong cuộc sống.

Em xin chân thành cảm ơn!

Tóm tắt

Đồ án bê tông cốt thép thiết kế sàn sườn toàn khối loại bản dầm bao gồmcác chương sau:

Chương 1: PHÂN TÍCH VÀ TỔ HỢP SỐ LIỆU

Chương 2: THIẾT KẾ BẢN SÀN

Chương 3: THIẾT KẾ DẦM PHỤ

Chương 4: THIẾT KẾ DẦM CHÍNH

DANH SÁCH BẢNG BI

Bảng 1 1 Tổng hợp số liệu tính toán 10

Y Bảng 2 1 Tải trọng bản thân của sàn 12

Bảng 2 2 Tải trọng bản thân của sàn 16

Bảng 2 3 Chọn thép chịu lực 18

Bảng 3 1 Momen của dầm 24

Bảng 3 2 Lực cắt của dầm 25

Bảng 3 3 Lựa chọn cốt thép 29

Bảng 3 4 Khả năng chịu lực của tiết diện sau khi cắt thép 30

Bảng 3 5 Chiều dài đoạn neo, nối cốt thép 31

Bảng 4 1 Giá trị moment của dầm chính 38

Bảng 4 2 Chọn tính bước đai cho dầm chính 40

Bảng 4 3 Chọn cốt thép chịu lực cho dầm chính 44

Bảng 4 4 Khả năng chịu lực của tiết diện sau khi cắt thép 45

Bảng 4 5 Chiều dài đoạn neo, nối cốt thép 46

Danh sách hình ản

Hinh 2 1 Sơ đồ xác định nhịp tính toán của bản sàn 11

Hinh 2 2 Các lớp cấu tạo của bản sàn 12

Hinh 2 3 Biểu đồ moment của bản sàn 14

Hinh 2 4 Biểu đồ lực cắt của bản sàn 14

Hinh 2 5 cốt thép cấu tạo chịu momen âm 18

Hinh 2 6 Mặt cắt bản sàn 19

Hinh 2 7 Mặt cắt bố trí thép sàn 20

Hình 3 1 Sơ đồ xác định nhịp tính toán của dầm phụ 21

Hình 3 2 Sơ đồ tính toán của dầm phụ 21

Hình 3 3 Biểu đồ bao moment dầm phụ 24

Hình 3 4 Biểu đồ bao lực cắt dầm phụ 24

Hình 3 5 Khoảng cách các lớp cốt đai 25

Hình 3 6 Kich thước tiết diện dầm phụ 26

Hình 3 7 Biểu đồ bao vật liệu dầm phụ (KN.m) 30

Hình 3 8 Bố trí cốt thép dầm phụ 32

Hình 3 9 Mặt cắt ngang dầm phụ 34

Hình 4 1 Sơ đồ tính toán dầm chính 35

Hình 4 2 Các trường hợp đặt tải dầm chính 37

Hình 4 3 Biểu đồ bao moment dầm chính 38

Hình 4 4 Biểu đồ bao lực cắt dầm chính 38

Hình 4 5 Xách định cốt treo 40

Hình 4 6 Kích thước tiết diện dầm phụ 41

Hình 4 7 Nội suy mô men mép cột 42

Hình 4 8 Biểu đồ bao vật liệu dầm chính (KN.m) 45

Hình 4 9 Bố trí thép dầm chính 47

Hình 4 10 Mặt cắt bố trí thép dầm chính 48

Mục lục

Tóm tắt 3

CHƯƠNG 1 PHÂN TÍCH VÀ TỔNG HỢP SỐ LIỆU 9

1.1 Sơ đồ tính toán 9

1.2 Dữ kiện đề bài 9

1.3 Vật liệu sử dụng 9

1.4 Tổng hợp số liệu 10

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ BẢN SÀN 11

2.1 Phân loại bản sàn 11

2.2 Chọn sơ bộ kích thước tiết diện 11

2.2.1 Chiều dày sơ bộ của bản sàn 11

2.2.2.Chọn tiết diện sơ bộ của dầm phụ 11

2.2.3.Chọn tiết diện sơ bộ của dầm chính 11

2.3.Sơ đồ tính toán 11

2.3.1 Xác định tải trọng 12

2.3.2 Tĩnh tải 12

2.3.3.Hoạt tải 12

2.3.4.Tổng Tải 12

2.4.Nội lực 13

2.5.Kiểm tra khả năng chịu cắt của bản sàn 15

2.6.Tính và bố trí thép chịu moment uốn 15

2.7 Bố trí cốt thép cấu tạo 18

2.8 Cốt thép phân bố 19

2.9 Chi tiết bố trí thép sàn 19

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ DẦM PHỤ 21

3.1 Sơ đồ tính toán 21

3.2 Xác định tải trọng 21

3.2.1.Tĩnh tải 21

3.2.2.Hoạt tải 21

3.2.3.Tổng tải 21

3.3.Xác định nội lực 22

3.3.1.Xếp tải 22

3.3.2.Biểu đồ bao moment 24

3.3.3.Biểu đồ bao lực cắt 24

3.4 Thiết kế cốt đai cho dầm phụ 25

3.4.1 Kiểm tra điều kiện đặt cốt đai cho dầm 25

3.4.2 Tính toán cốt đai 25

3.5 Tính toán diện tích cốt thép chịu lực 26

3.5.1 Tính toán cốt thép chịu mô men dương (Tính theo tiết diện chữ T) 26

3.5.2 Cốt thép chịu momen âm: (tính theo tiết diện HCN) 28

3.5.3 Lựa chọn cốt thép chịu lực 29

3.6 Biểu đồ bao vật liệu dầm phụ 29

3.6.1 Trình tự tính toán khả năng chịu lực của tiết diện sau khi cắt thép 29

3.6.2 Bảng kết quả và biểu đồ bao vật liệu 30

3.7 Neo, nối và bố trí cốt thép 31

3.7.1 Xác định chiều dài đoạn neo 31

3.7.2 Chiều dài đoạn nối 31

3.8 Chi tiết bố trí cốt thép 32

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ DẦM CHÍNH 37

4.1 Sơ đồ tính toán 37

4.2.Xác định tải trọng tính toán theo trạng thái giới hạn cường độ 37

4.2.1.Tĩnh tải 37

4.2.2 Hoạt tải 37

4.3.Xác định nội lực 37

4.3.1.Các trường hợp đặt tải 37

4.3.2 Tổ hợp tải trọng và biểu đồ bao nội lực: 38

4.4.Thiết kế cốt đai cho dầm chính 38

4.4.1 Kiểm tra khả năng chịu cắt của bê tông 38

4.4.2 Tính toán cốt đai 39

4.4.3 Kết quả tính toán cốt đai 40

4.5 Thiết kế cốt treo 40

4.6 Thiết kế cốt chịu lực 41

4.6.1 Cốt thép chịu mô men dương 42

4.6.2 Cốt thép chịu mô men âm 43

4.7 Lựa chọn cốt thép chịu lực 44

4.7 Biểu đồ bao vật liệu dầm phụ 44

4.7.1 Trình tự tính toán khả năng chịu lực của tiết diện sau khi cắt thép 44

4.7.2 Bảng kết quả và biểu đồ bao vật liệu 45

4.8 Neo, nối và bố trí cốt thép 46

4.8.1 Xác định chiều dài đoạn neo 46

4.8.2 Chiều dài đoạn nối 46

4.8.3 Bảng thể hiện kết quả đoạn neo, nối cốt thép 46

4.9 Chi tiết bố trí cốt thép 47

CHƯƠNG 1 PHÂN TÍCH VÀ TỔNG HỢP SỐ LIỆU

1.1 Sơ đồ tính toán

Sàn được thiết kế gồm các lớp cấu tạo như sau:

- Gạch lát: gtc  40 kg m / 2,

- Vữa lót: δv = 20mm, , tc  2000 kg m / 3,

- Bản bê tông cốt thép: b  h b,tc  2500 kg m / 3 ,

- Vữa trát: δvt = 15mm, tc  2000 kg m / 3

1.4 Tổng hợp số liệu

Sau khi phân tích số liệu của đề bài, tiến hành lập bảng như sau để dễ

Cốt thépSàn

s

R (Mpa)

Cốt đaisw

R (Mpa)

Cốt dọcs

R (Mpa)5,9 2,5 1000 10�  5 1,2 Rbt = 0,75Rb = 8,5

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ BẢN SÀN

2.1 Phân loại bản sàn

Xét tỉ số = = 2,36 > 2, nên bản thuộc loại bản dầm, bản làm việc theo phương cạnh ngắn

2.2 Chọn sơ bộ kích thước tiết diện

2.2.1 Chiều dày sơ bộ của bản sàn

hs = ; Chọn m = 30 ta có:

hs = = 83,3 mm > hmin = 60mm Chọn chiều dày bản hs = 110 mm

2.2.2.Chọn tiết diện sơ bộ của dầm phụ

2.3 Sơ đồ tính toán

Tiến hành cắt theo phương cạnh ngắn một dãy có b = 1m, xem như dầm liên tục nhiều gối tựa là các dầm phụ

Hình 2.2 Sơ đồ xác định nhịp tính toán của bản sàn.

Căn cứ theo cấu tạo mặt

Bảng 2.2 Tải trọng bản thân của sàn.

i



(mm)

Trọng lượngriêng

i

 (N/m3)

Trị tiêuchuẩn

tc

g

(N/mm2)

Hệ số tincậy về tảitrọng

Hình e (LL4) : Hoạt tải chất ở các nhịp 2,3,5,7,9 để tìm mô mem âm tại gối thứ 3

Hình f (LL5) : Hoạt tải chất ở các nhịp 1,3,4,6,8 để tìm mô mem âm tại gối thứ 4

Hình g (LL6) : Hoạt tải chất ở các nhịp 2,4,5,7,9 để tìm mô mem âm tại gối thứ 5

Hình 2.4 Biểu đồ moment của bản sàn.

Hình 2.4 Biểu đồ lực cắt của bản sàn.

-Nhận xét: từ biểu đồ bao moment ta nhận thấy giá trị không có sự thay đổi

dáng kẻ tại các nhịp giữa, moment âm không chênh lệch nhiều tại các gối giữa trừ gối số 2 Để giảm bớt khối lượng tính toán, ta chọn một số mặt cắt có mooment lớn nhất để thiết kế cốt thép như sau

Moment dương dùng để thiết kế cho nhịp biên: Mu=4766917 N.mm

Moment âm dùng để thiết kế cho gối thứ 2: Mu=-5824339 N.mm

Moment dương dùng để thiết kế cho các nhịp giữa: Mu=3110792,6 N.mmMoment âm dùng thiết kế thép cho các gối còn lại: Mu=-5158117 N.mm

Giá trị lực cắt lớn nhất của sàn: Vmax=13104,74 N

2.5.Kiểm tra khả năng chịu cắt của bản sàn

Sử dụng lực cắt lớn nhất trong bản Vu = 15786,04 N để kiểm tra khả năng chịu cắt của bản Chọn lớp bê tông bảo vệ at = 20mm và dự định dùng thép 10 có db=10mm

Tính khoảng cách từ lớp thép kéo ngoài cùng tới thớ nén của tiết diện:

Sàn đủ khả năng chịu cắt.,suy ra không cần bố trí cốt đai.

2.6.Tính và bố trí thép chịu moment uốn

Để thuận tiện cho quá trình tính toán, ta lập trình tự các bước giải sau đó đưa sốliệu vào excel và tính kết quả

+ c là khoảng cách từ trục trung hòa tới thớ ngoài cùng chịu nén (mm);

+ a là chiều cao vùng nén của bê tông (mm);

+ ds là khoảng cách từ lớp thép kéo ngoài cùng tới thớ nén của tiết diện (mm).

0,6 Nên tăng h, tăng cường độ bê tông

Sau đó chọn và bố trí thép Tính lại ds Nếu ds khác nhiều so với giá trị ban đầuthì thiết kế lại từ đầu với ds vừa tìm được

Bảng 2 1 Tải trọng bản thân của sàn.

Tại tất cả các thiết diện,tỷ số c/ds ≤0,375, đúng với giả thuyết tiết diện ở trạng thái phá hoại dẻo ( 0,9)

Tính lại a, c, ds

a = ; c =

Kiểm tra điều kiện cốt thép chảy dẻo:

0,6 Phá hoại cân bằng

0,6 Nên tăng h, tăng cường độ bê tông

Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu theo tiêu chuẩn ACI 318-14:

(Mục 7.6.1.1, ACI 318-14 quy định hàm lượng thép tối thiểu cho sàn một phương theo bảng 1-3

+Khi h≤150(mm) thì lấy s_max=200(mm);

+Khi h>150(mm) thì lấy s_max=min(1,5*hs;400mm)

Khoảng cách thiết kế chọn thỏa mãn điều kiện:

Cốt thép

thứ 2 8

277,89

180,858

cấu tạo trong bản một phương dùng để chịu mô men âm ở những vùng có thể xuất hiện mô men âm nhưng quá trình tính toán đã bỏ qua, đó là dọc theo các dầm biên và dầm theo phương cạnh dài của bản vì vậy cần phải bố trí cốt thép cấu tạo như sau:

Chọn với As,max là diện tích cốt thép lớn nhất của nhịp bản và gối tựa

Sử dụng thép với tổng diện tích (mm2)

-Chiều dài của thanh thép cấu tạo được tính như hình 2.5

Hinh 2 1 cốt thép cấu tạo chịu momen âm

2.8 Cốt thép phân bố

Cốt thép phân bố dùng để liên kết các thanh thép chịu lực thành hệ khung và chịu mô

men phát sinh theo cạnh còn lại của bản một phương Ta có thể chọn cốt phân

2.9 Chi tiết bố trí thép sàn

Bố trí thép sàn theo cách phối thép, dùng thanh số 2

ở nhịp biên uốn lên gối thứ hai chịu mô men âm Những chỗ không phối được

thì bố trí thép độc lập, chi tiết bố trí như hình bên dưới:

Hinh 2 2 Mặt cắt bản sàn

8 8

8 8

b) mặt cắt 2-2 c) mặt cắt 3-3

Hinh 2 7 Mặt bằng bố trí thép sàn

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ DẦM PHỤ

3.1 Sơ đồ tính toán

- Dầm phụ được tính theo sơ đồ khớp dẻo Sơ đồ tính là dầm liên tục 4 nhịp có các gối tựa là dầm chính

- Nhịp tính toán của dầm phụ:

+ Nhịp biên: lob=5900mm

+ Nhịp giữa: log=5900mm

Hình 3 1 Sơ đồ xác định nhịp tính toán của dầm phụ.

3.2 Xác định tải trọng

Hình 3 2 Sơ đồ tính toán của dầm phụ

+Xác định tải trọng tính toán theo trạng thái giới hạn cường độ

- Các tải trọng từ bản sàn truyền vào dầm phụ là tải trọng tính toán nên khi tính

ta không cần nhân hệ số vượt tải ( trừ trọng lượng bản thân dầm phụ )

3.3.Xác định nội lực

3.3.2.Biểu đồ bao moment

Hình 3.3 Biểu đồ bao momen dầm phụ

3.3.3.Biểu đồ bao lực cắt

Lực cắt lớn nhất tại Giá trị (N)

3.4 Thiết kế cốt đai cho dầm phụ

3.4.1 Kiểm tra điều kiện đặt cốt đai cho dầm

Chọn lớp bê tông bảo vệ cốt chủ abv=30mm, giả sử sử dụng thép chủ

20 Chiều cao hữu hiệu của tiết diện được tính như sau:

d = ds=hdp – abv - =400 - 30 - = 360 (mm)

Khả năng chịu cắt của của bê tông:

Vc=bwd=250.360.= 75000 N

Kiểm tra điều kiện đặt cốt đai:

Chọn lực cắt tại gối 2 (trái)để kiểm tra chịu cắt của bê tông V=84100,98 N

Vc =112134,6475000N

� Không đủ khả năng chịu lực nên cần đặt thêm cốt đai

3.4.2 Tính toán cốt đai

Từ biểu đồ bao lực cắt, ta nhận thấy lực cắt dầm phụ có giá trị lớn ở gối và nhỏ dần về

giữa nhịp, vì vậy để tiết kiệm cốt đai ta chia mỗi nhịp dầm thành ba đoạn như hình vẽ

Hình 3 4 Khoảng cách các lớp cốt đai.

-Trong đó :Sg = L = 5900 = 1475 mm

-Sử dụng thép đai là loại thép loại AI có fyt =175 MPa ,đai hai nhánh

-Diện tích cốt đai: Av = = 100,48

-Dựa vào biểu đồ bao lực cắt ta thấy :

Trong đoạn Sg (1475mm kể từ gối) của các nhịp dùng lực cắt lớn nhất để tính:Vs,need = - Vc = – 75000 = 37134,64 = =150000 N

Smax = min( , s = , 610mm) = min(, ,610) mm

= min( 180 , 263 ,610 ) mm = 180mm

-Tính bước đai cần thiết :

As = = 100,48 s = = = 263,76

Chọn s = 250 mm

Bố trí cốt đai 8s250 ngoài đoạn Sg.

3.5 Tính toán diện tích cốt thép chịu lực

Biết h, bw, bf, hf, fy, ds, Mu Tiết diện đang xét là tiết diện chữ T, vì vậy cần phải xác định độ vươn của sãi cánh tính từ mép sườn ( Sf ) như sau:

Sf 8hf = 8110 = 880 mm=>bf = 2Sf + bw = 2.880+200=1960mm

Hình 3 5 Kich thước tiết diện dầm phụ

3.5.1 Tính toán cốt thép chịu mô men dương (Tính theo tiết diện chữ T)

Tiết diện giữa nhịp biên (Mu = 70284954 Nmm)

-Giả sử hệ số sức kháng 0,9 và trục trung hòa đi qua điểm tiếp giáp giữa sườn

và cánh lấy cân bằng mô men tại tâm cốt thép chịu kéo:

Mf = 0,85f’cbf hf (ds - ) = 0,85 = 1397357500 Nmm

-Kiểm tra vị trí trục trung hòa:

= = 78094393,33 1397357500 Nmm

→Trục trung hòa đi qua cánh, tính như tiết diện HCN (bf, h)

Lấy cân bằng mô men tại tâm cốt thép chịu kéo:

0,85abf (ds - ) =

a = ds - = 360 - = 5,246 mm

c = = = 6,17 mm

-Kiểm tra điều kiện : = = 0,02 0,6

Cân bằng lực theo phương ngang ta có:

As fy = 0,85f’cabf

As = = = 780,43 mm 2

-Kiểm tra cốt thép tối thiểu:

As,min = = = 321,43 mm 2 As (thỏa)

Tiết diện giữa các nhịp giữa (Mu = 44520670 N.mm)

Giả sử hệ số sức kháng 0,9 và trục trung hòa đi qua điểm tiếp giáp giữa sườn

và cánh lấy cân bằng mô men tại tâm cốt thép chịu kéo:

Mf = 0,85f’cbf hf (ds - ) = 0,85 = 1397357500 Nmm

Kiểm tra vị trí trục trung hòa:

= = 49467411,11 1397357500 Nmm

→Trục trung hòa đi qua cánh, tính như tiết diện HCN (bf, h)

Lấy cân bằng mô men tại tâm cốt thép chịu kéo:

0,85abf (ds - ) =

a = ds - = 360 - = 3,31 mm

c = = = 3,89 mm

Tính lại : 0,65 + 0,15 ( -1 ) = 14,38 lấy

Kiểm tra điều kiện : = = 0,01 0,6

Cân bằng lực theo phương ngang ta có:

As fy = 0,85f’cabf

As = = = 492,36 mm 2 As,min (thỏa)

3.5.2 Cốt thép chịu momen âm: ( giả sử tính theo tiết diện HCN)

Tiết diện gối thứ 2 (Mu = 90833325Nmm)

-Giả sử hệ số sức kháng 0,9

-Lấy cân bằng mô men tại tâm cốt thép chịu kéo:

0,85abw (ds - ) =

a = ds - = 360 - = 73,46 mm

c = = = 86,423 mm

-Tính lại : 0,65 + 0,15 ( -1 ) = 1,125 lấy

-Kiểm tra điều kiện : = = 0,235 0,6

-Cân bằng lực theo phương ngang ta có:

As fy = 0,85f’cabw

As = = = 1115,018 mm 2 As,min (thỏa)

Tiết diện gối thứ 3 (Mu = 45862345 Nmm)

-Giả sử hệ số sức kháng 0,9

-Lấy cân bằng mô men tại tâm cốt thép chịu kéo:

0,85abw (ds - ) =

a = ds - = 360 - = 35,008 mm

c = = = 41,186 mm

-Tính lại : 0,65 + 0,15 ( -1 ) = 1,811 lấy

-Kiểm tra điều kiện : = = 0,114 0,6

-Cân bằng lực theo phương ngang ta có:

As fy = 0,85f’cabw

As = = = 531,371 mm 2 As,min (thỏa)

3.5.3 Lựa chọn cốt thép chịu lực

Nhận xét: Cốt thép chịu lực đặt một lớp nên không cần tính lại ds

Với cốt thép chịu mô men dương, ta đặt 2 18 ở phía ngoài chạy xuyên suốt

chiều dài dầm phụ vừa chịu lực vừa làm cốt giá, những cây phía trong cắt theo biểu đồ bao mô men

Cốt thép chịu mô men âm, đặt 2 18 ở phía ngoài cùng chạy xuyên suốt chiều dài dầm số còn lại cắt theo biểu đồ bao mô men

3.6 Biểu đồ bao vật liệu dầm phụ

Xác định khả năng chịu lực của tiết diện sau khi cắt thép, tính toán theo tiết

diện HCN vì khi dầm chịu Mu,max chiều cao vùng nén a vẫn còn tương đối nhỏ

3.6.1 Trình tự tính toán khả năng chịu lực của tiết diện sau khi cắt thép

-Biết h, bw, bf, hf, fy, ds, dt ,f’c ,As tính Mr

-Giả sử dầm phá hoại dẻo, cân bằng lực theo phương ngang:

As fy = 0,85f’cab