Đang tải... (xem toàn văn)
THIẾT KẾ CẦU THANG NHÀ CAO TẦNG bao gồm :Tính toán kích thước cấu kiện bao gồm chiều dày bản thang, chiều cao bậc thang, bề rộng mặt bậc, tải trọng tác dụng, trình bày sơ đồ tính toán của cầu thang trong hệ vách lõi, tính toán tải trọng, xác định trường hợp nguy hiểm lấy tải trọng bố trí thép cho cầu thang
CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ TÍNH TỐN CẦU THANG BỘ 1.1 CẤU TẠO CẦU THANG Thiết kế cầu thang hai vế dạng bản, bậc xây gạch Cầu thang tính cho tầng từ tầng đến tầng 14 Cầu thang loại thang vế dạng bản, chiều cao tầng 3.8 m Tổng số bậc cầu thang: 21 bậc (10 bậc vế 11 bậc vế 2) Chiều cao bậc: hb 3800 181 mm 21 1.2 SƠ BỘ TIẾT DIỆN Chọn thang có chiều dày h s 120 mm Chọn tiết diện dầm chiếu tới: 200 350 mm Chọn bề rộng bậc: b = 300 mm 1.3 TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN BẢN THANG 10000 150 2100 3000 200 1800 300 2300 150 13 11 15 19 17 21 100 1200 C 1200 A 10 A C' 150150 2400 2700 200 500 1300 950 1000 650 150150 10300 3800 1680 130 1990 130 150150 2400 2700 200 1800 300 2450 150 10000 Hình 5-1: Mặt mặt đứng cầu thang Xét thang có bề rộng 1m 1.3.1.1 Tĩnh tải chiếu nghỉ Trọng lượng thân lớp cấu tạo: STT Trọng lượng riêng Mô tả Chiều Tải trọng dày tiêu chuẩn kN/m3 mm kN/m2 Hệ số độ tin cậy Tải trọng tính tốn kN/m2 Đá hoa cương 24 20 0.48 1.10 0.53 Vữa láng 18 20 0.36 1.20 0.43 Bản sàn BTCT 25 120 3.00 1.10 3.30 Vữa trát 18 15 0.27 1.20 0.32 Tổng cộng 1.3.1.2 Tĩnh tải xiên 4.11 4.58 Chiều dày tương đương lớp cấu tạo bậc thang theo phương xiên: tdi (lb h b ) i cos 300 cos 0.856 2 lb 181 300 với Lớp đá hoa cương: td1 (300 181) 20 0.856 27.4 mm 300 td (300 181) 20 0.856 27.4 mm 300 Lớp vữa lót: Lớp bậc thang: td1 STT Mô tả h b cos 181 0.856 77.5 m 2 Trọng lượng riêng Chiều Tải trọng dày tiêu chuẩn kN/m3 mm kN/m2 Hệ số độ tin cậy Tải trọng tính tốn kN/m2 Đá hoa cương 24 27 0.65 1.10 0.71 Lớp vữa lót 18 27 0.49 1.20 0.59 Bậc thang 18 74 1.33 1.10 1.46 STT Trọng lượng riêng Mô tả Chiều Tải trọng dày tiêu chuẩn kN/m3 mm kN/m2 Hệ số độ tin cậy Tải trọng tính tốn kN/m2 Bản sàn BTCT 25 120 3.00 1.10 3.30 Vữa trát 18 15 0.27 1.20 0.32 Tổng cộng 5.74 6.38 1.3.2 Hoạt tải Bản xiên: P tt P tc n cos 3 1.2 0.856 3.08 kN/m Bản chiếu nghỉ chiếu tới: P tt P tc n 3 1.2 3.6 kN/m Loại sàn Chiếu tới chiếu nghỉ Bản xiên Tĩnh tải 4.58 Hoạt tải 3.60 Tổng tải 8.18 6.38 3.08 9.46 1.3.3 Sơ đồ tính Trên thực tế tính tốn cầu thang có số bất cập sơ đồ tính sau + Trong kết cấu bê tơng tồn khối khơng có liên kết hồn tồn ngàm tuyệt đối liên kết khớp tuyệt đối Liên kết thang với vách liên kết trung gian liên kết ngàm khớp + Trong trường hợp liên kết thang với vách xem ngàm dẫn đến thiếu thép bụng dư thép gối kết cấu bị phá hoại thiếu thép bụng thang nguy hiểm với kết cấu + Trong trường hợp liên kết thang với vách xem khớp dẫn đến thiếu thép gối dư thép bụng kết cấu không bị phá hoại mà gây nứt gối (do thiếu thép gối) trở dần sơ đồ khớp + Trong kết cấu nhà nhiều tầng cột, dầm vách thi công tầng, thang kết cấu độc lập thi cơng sau Chính vậy, khó đảm bảo độ ngàm cứng thang vách (việc hay xảy q trình thi cơng ngồi cơng trường) Vì sơ đồ tính phải đảm bảo khả sử dụng trường hợp thang chịu tải bất lợi có cố an tồn cho người sử dụng Do đó, sinh viên chọn sơ đồ đầu khớp theo trạng thái chịu lực cuối để tính tốn bố trí thiên an tồn cho nhịp Đồng thời bố trí thép tăng cường cho gối để đảm bảo gối không bị phá hoại nứt Cầu thang làm việc phương Cắt dải rộng 1m theo phương cạnh ngắn để tính tốn, hai đầu liên kết khớp vào vách đỡ dầm chiếu tới Sơ đồ tính dầm liên tục bị gãy khúc liên kết khớp đầu gối tựa vị trí dầm chiếu tới Tiết diện dầm gãy khúc: b = 1m; h = 0.12 m Hình 5-2: Tĩnh tải tác dụng lên thang (đơn vị kN/m) Hình 5-3: Hoạt tải chất đầy ( đơn vị kN/m ) Hình 5-4: Hoạt tải cách nhịp (đơn vị kN/m ) Hình 5-5: Hoạt tải cách nhịp ( đơn vị kN/m ) 1.3.4 Nội lực vế thang Tổ hợp nội lực: + COMBO1: Tĩnh tải + hoạt tải chất đầy + COMBO2: Tĩnh tải+ hoạt tải cách nhịp + COMBO2: Tĩnh tải+ hoạt tải cách nhịp + COMBOBAO = COMBO1 + COMBO2 + COMBO3 (Evelope) Kết xuất thừ phần mềm SAP ta có: Hình 5-6: Momen thang vế (đơn vị kNm) Hình 5-7: Momen thang vế (đơn vị kNm) Từ giá trị momen vế thang, lựa chọn momen lớn vị trí tương ứng để tính tốn cốt thép Kết momen tính tốn trình bày bảng sau: Vị trí mặt cắt Mmax (gối) (kNm) Đầu trái Đầu phải Bản chiếu tới -7.88 0.00 Bản xiên -7.82 -7.88 Bản chiếu nghỉ 0.00 -7.82 1.4 TÍNH TỐN CỐT THÉP DỌC CHO BẢN THANG Bản thang Mmax (nhịp) (kNm) 2.15 6.02 3.60 1.4.1 Lý thuyết tính tốn Giá trị R xác định theo công thức: ( TCVN 5574-2018, mục 8.1.2.2.3 trang 56) R xR 0.8 ho s,el b Trong đó: + s,el biến dạng tương đối cốt thép chịu kéo ứng suất Rs, s,el Rs Es + b2 biến dạng tương đối bê tông chịu nén ứng suất R b , lấy theo dẫn mục 6.1.4.2, TCVN 5574-2018 có tác dụng ngắn hạn tải trọng b2 0.0035 Cốt thép CB240-T: xR 0.8 0.8 0.615 s,el 1.05 10 ho 1 1 b2 0.0035 R 210 s 1.05 10 , b2 0.0035 E s 10 R s,el R R (1 0.5 R ) 0.426 Cốt thép CB400-V: xR 0.8 0.8 0.533 s,el 1.75 10 ho 1 1 b2 0.0035 R 350 s 1.75 10 , b2 0.0035 E s 10 R s,el R R (1 0.5R ) 0.39 Chọn abv =25mm Tính: m M 1 2 m R R b bh o2 Diện tích cốt thép dọc cần thiết: A s R b bh o RS Hàm lượng thép: 0.05% t AS R 17 100% max R b 0.533 2.6% b h o Rs 350 Chọn mô men nhịp gối lớn tính bố trí cho thang 1.4.2 Kết tính tốn Kết tính tốn chọn thép thể bảng đây: Với h = 120 mm, b = 1000 mm, a = 25 mm, h0 = 95 mm Chọn mơ men gối nhịp lớn để tính tốn bố trí cho thang Mơ Vị trí men α ξ kN.m 7.88 0.05 0.05 Gối 7.82 0.05 0.05 2.15 0.01 0.01 Nhịp 6.02 0.04 0.04 3.60 0.02 0.02 1.4.3 Kiểm tra khả chịu cắt As mm2 Chọn thép As chọn 243.41 241.51 108.54 307.92 182.62 Φ10a200 Φ10a200 Φ8a200 Φ8a150 Φ8a200 393.00 393.00 251.00 335.00 251.00 Kiểm % tra 0.26 0.25 0.11 0.32 0.19 0.62 0.61 0.43 0.92 0.73 Dù lực cắt xuất thang tương đối nhỏ, thiên an toàn sinh viên tiến hành kiểm tra khả chịu cắt thang Hình 5-8: Lực cắt thang ( đơn vị kN) Hình 5-9: Lực cắt thang ( đơn vị kN) Lực cắt lớn thang: Q max 14.85 kN Cắt thang có bê rộng 1m để tính tốn khả chịu cắt thang Đặc trưng tiết diện: + b = m, h = 120 mm + a = 25 mm + ho = h – a = 120 – 25 = 95 mm Kiểm tra khả chịu cắt bê tông sàn: ( mục 8.1.3.3 trang 70, TCVN 5574:2018) Q1 Qb,1 Trong đó: + Q1 lực cắt tiết diện thẳng góc ngoại lực, Q max Q1 14.85 kN + Q1,b xác định theo công thức lớn 2.5R bt bh o Q1,b 0.5R bt bh o , lấy giá trị Q1,b 0.5 R bt b h o 0.5 1.15 103 1 0.095 54.63 kN Q1,b 2.5R bt bh o 2.5 1.15 10 1 0.095 273.13 kN Q1,b 54.63 kN Q1 Q b,1 (thỏa) Vậy sàn đảm bảo khả chống cắt Q1,b khơng 1.5 TÍNH THÉP DẦM CẦU THANG 1.5.1 Tính thép dầm chiếu tới 1.5.1.1 Sơ tiết diện dầm chiếu tới Đã trình bày mục 1.2 Tiết diện dầm chiếu tới: 200 350 mm 1.5.1.2 Tải trọng Tải trọng tác dụng lên dầm chiếu tới bao gồm: + Tải trọng hai thang truyền vào + Trọng lượng thân dầm chiếu tới Phản lực hai thang truyền vào: Hình 5-10: Phản lực liên kết thang vế Theo phương đứng R 59.66 kN/m Hình 5-11: Phản lực liên kết thang vế Theo phương đứng R 56.25 kN/m Tải trọng thân dầm chiếu tới: q bt h b b n 0.35 0.12 0.2 25 1.1 1.27 kN/m Vậy tải trọng tác dụng vào dầm thang gồm qbt R2 ( R1< R2 thiên an toàn) q R q bt 59.66 1.27 60.93 kN/m 1.5.1.3 Nội lực dầm Chọn sơ đồ tính dầm dầm đơn giản Do ta có + Momen lớn nhất: + Lực cắt lớn nhất: M Q qL2 60.93 2.82 59.71 kNm 8 qL 60.93 2.8 85.30 2 1.5.1.4 Tính thép dầm chiếu tới Tính tốn cốt thép dọc cho dầm thang Lý thuyết tính tốn giống mục 1.4.1 Kết tính tốn sau Bảng 5-1: Kết tính tốn cốt thép cho dầm chiếu tới Vị trí Mơ men kN.m h mm b m m Nhịp 59.71 350 200 a h0 mm mm 25 325 α 0.17 ξ 0.18 As mm2 Chọn thép As chọn 577.79 3ϕ16 603 Kiểm tra 0.96 Tính tốn cốt thép đai cho dầm thang a Lý thuyết tính tốn Khi tiết diện thẳng góc, mà kể đến lực cắt Q1, nằm gần gối tựa khoảng cách a nhỏ 2.5 h0 phải tính tốn theo cơng thức (93) theo TCVN 5574:2018, mục 8.1.3.3.1 trang 72 sau: Q Q b,1 Qsw,1 Trong đó: Q Q Q1 lực cắt tiết diện thẳng góc ngoại lực b,1 , sw,1 tính theo cơng thức (94), (95) theo TCVN 5574:2018, mục 8.1.3.3.1 trang 72 sau: Q b,1 0.5 R bt b h Qsw,1 q sw h + Khi lực cắt Q1 nằm gần gối tựa khoảng cách a nhỏ 2.5h nhân gia trị Q b,1 với hệ số 2.5/(a/h0), lấy giá trị Qb,1 không lớn hưn 2.5Rbtbh0 + Khi lực cắt Q1 nằm gần gối tựa khoảng cách a nhỏ h nhân giá trị Qsw,1 với hệ số a/h0 - Theo điều kiện ta vẽ biểu đồ thể khả chịu lực đoạn dầm từ gối đến vị trí 2.5h0 bố trí đai giống sau: Hình 5-12: Biểu đồ bao lực cắt đoạn dầm gần gối Trong đó: + Khi a 0.5h thì: R (a) Q b,1 Qsw,1 2.5R bt bh q sw a + Khi 0.5h a h thì: 1.25R bt bh 02 R (a) Q b,1 Qsw,1 q sw a a + Khi h a 2.5h thì: 1.25R bt bh 02 R (a) Q b,1 Qsw,1 q sw h a + Khi a 2.5h thì: Q b,1 Qsw,1 0.5R bt bh q sw h - Nhận xét: + Khi a 0.5h khả chịu lực dầm có độ dốc dương (suy từ đạo hàm), đồ thị ngoại lực cắt có độ dốc âm Điều giúp ta suy ta thiết kế vị trí L=0 thỏa điều kiện chịu lực vị trí z=0.5h chắn thỏa Vì ko cần kiểm tra lực cắt vị trí + Khi 0.5h a h đoạn ta chưa biết độ dốc tiếp tuyến đồ thị âm hay dương đoạn từ trái qua phải xa gối khả chịu cắt bê tơng ngày giảm cịn khả chịu lực cắt cốt thép lại tăng Để thiên an toàn ta giả thiết đồ thị khả chịu lực dầm có độ dốc âm, ta cần tính tốn kiểm tra cốt đai vị trí a cách gối đoạn h0 + Khi h a 2.5h khả chịu lực cấu kiện đoạn giảm dần ta tăng a, biểu đồ lực cắt có xu hướng giảm dần, ta cần tính tốn cốt đại cho vị trí đoạn h 2.5h b Phân loại trường hợp tính tốn theo lí thuyết TCVN 5574:2018 Thơng thường thi cơng ta chọn bố trí đai có khoảng cách đường kính đoạn từ gối đến L/4, giả thiết dựa vào nhận xét phần vừa nêu ta chia trường hợp tính tốn sau đây: + Trường hợp 1: L/4 > 2.5h0 Tính tốn cốt đai vị trí 1,2,3 gối trái Hình -13 Sau lấy giá trị cốt thép lớn vị trí tính tốn để bố trí cốt thép cho đoạn L/4 gối trái Tính tốn tương tự cho vị trí 1’,2’,3’ cho gối phải Ở nhịp lấy lực cắt vị trí để tính tốn bố trí cốt đai cho đoạn L/2 nhịp L/4 L/2 L/4 4' 3' 2' h0 1' h0 2.5h0 2.5h0 Hình 5-13: Hình minh họa cho trường hợp L/4>2.5h + Trường hợp 2: L/4 < 2.5h0 Tính tốn cốt đai vị trí 1,2,3 gối trái Error: Reference source not foundHình -14 Sau lấy giá trị cốt thép lớn vị trí tính tốn để bố trí cốt thép cho đoạn L/4 gối trái Tính tốn tương tự cho vị trí 1’,2’,3’ cho gối phải Ở nhịp tính tốn cốt đai vị trí sau lấy giá trị cốt thép lớn vị trí tính tốn để bố trí cho đoạn L/2 nhịp L/4 L/2 L/4 4' 3' 2' h0 1' h0 2.5h0 2.5h0 Hình 5-14: Hình minh họa cho trường hợp L/4