GVHD : NGUYỄN VĂN TUẤN ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP II NỘI DUNG: thiết kế khung ngang trục trường học : SỐ LIỆU THIẾT KẾ Số tầng L1 (m) L2 (m) B (m) Ht (m) Pc (daN/m2) Địa điểm xây dựng 2,4 4,1 3,7 200 TP Hồ Chí Minh I Lựa chọn giải pháp kết cấu Lựa chọn vật liệu sử dụng Bêtông  Dùng bê tơng có cấp độ bền B15  Khối lượng riêng: γbt= 2500(daN/m3)  Cường độ chịu nén tính tốn bê tơng: Rb = 8,5(MPa)  Cường độ chịu kéo tính tốn bê tơng: Rbt = 0,75(MPa)  Mô dun đàn hồi E= 23x103 (MPa) Cốtthép  Thép AI: Ø k=1 Ơ sàn phòng có: +Ldài = L2 = 7000m +Lngắn = B =4,1m Chiều sày sàn phòng: hs1  kLngan 37  8  � chọn hs1=10 Vậy kể tải trọng thân sàn BTCT thì: +Tĩnh tải tính tốn sàn phòng: g s  g o   bt hs1.n =147,6+2500 +Tổng tải trọng phân bố tính tốn sàn phòng: q s  ps  g s =240 + 422,6= 622,6 (daN/  Với sàn hành lang: - Hoạt tải tính tốn: phl  pc n =300 - Tĩnh tải tính tốn( chưa tính trọng lượng sàn BTCT) go= 147,6 (daN/ 147,6 GVHD : NGUYỄN VĂN TUẤN ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP II Vì tải trọng phân bố tính tốn sàn: qohl  go  phl =147,6+360= 507,6 (daN/ Ô sàn hành lang có: +Ldài = B =4,1 +Lngắn = L1 = 2,4 Chiều dày sàn hành lang: � chọn hs2=8(cm) Vậy kể tải trọng thân sàn BTCT thì: +Tĩnh tải tính tốn sàn hành lang: g hl  g o   bt hs n  147,6+2500.0,08.1,1=367,6(daN/m ) +Tổng tải trọng phân bố tính tốn sàn hành lang: qhl  p tt  g hl  360+367,6=727,6(daN/m2)  Với sàn mái -Hoạt tải tính tốn: pm  p c n  7597,5(daN/m2) - Tĩnh tải tính tốn( chưa kể trọng lượng sàn BTCT) Các lớp vật liệu Tiêu chuẩn n 60 1,3 Vữa lót dày 30mm,  o = 2000 daN/m3 Tính tốn 78 0.03x2000= 60 daN/m2 Vữa trát dày 20mm,  o =2000 daN/m3 0.02x2000= 40 daN/m2 40 1,3 Cộng: 52 130 Do khơng có tường xây trực tiếp sàn nên tĩnh tải tính tốn: g0=130(daN/m2) Vì tải trọng phân bố tính tốn sàn: q  go  pm  130+97,5= 227,5 (daN/m2) Do tải trọng mái nhỏ nên ta chọn chiều dày ô sàn lớn chiều dày ô sàn bé mái hs3 =8 (cm) GVHD : NGUYỄN VĂN TUẤN ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP II Vậy kể tải trọng thân sàn BTCT coi tải trọng mái tơn, xà gồ phân bố sàn thì: - Tĩnh tải tính tốn sàn mái: (daN/m2) - Tổng tải trọng phân bố sàn mái: qm  pm  g m  97,5+383= 480,5(daN/m2) 4.Lựa chọn kết cấu mái Kết cấu mái dùng hệ mái tôn gác lên xà gồ, xà gồ gác lên tường thu hồi 5.Lựa chọn kích thước tiết diện phận  Kích thước tiết diện dầm a.Dầm BC( dầm phòng) Nhịp dầm L= L2=7 m Chọn chiều cao dầm: hd =0,65m, bề rộng dầm bd=0,22m Với dầm mái, tải trọng nhỏ nên ta chọn chiều cao nhỏ hơn: hdm=0,5m b.Dầm AB( dầm hành lang) Nhịp dầm L=L1=2,4 Ta chọn chiều cao dầm: hd= 0,35 m, bề rộng dầm bd = 0,22 c.Dầm dọc nhà Nhịp dầm L=B=4,1 d.Cột trục B -Diện truyền tải cột trục B SB= ( -Lực dọc tải phân bố sàn N1= qsSB= 662,6 19,27=12768,3 (daN) -Lực dọc tải trọng tường ngăn dày 220mm N2= gt.lt.ht= 514 ( ( lấy sơ chiều cao tường chiều cao tầng nhà ht=H) -Lực dọc tường thu hồi N3= gt.lt.ht= 296 () 0,8=1112,96 (daN) -Lực dọc tải phân bố sàn mái N4=qm.SB= 480,5 19,27= 9259,235 (daN) -Với nhà bốn tầng có sàn học va sàn mái N  �ni N i  3.(12768,3 +1112,96+ 9259,235)=92038 (daN) GVHD : NGUYỄN VĂN TUẤN ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP II Để kể đến ảnh hưởng mô men ta chọn k=1.1 A kN  Rb =1191 (cm2) Vậy ta chọn kích thước cột bc x hc= 22x50 cm có A=1100 (cm2) e Cột trục C Cột trục C có diện chịu tải Sc nhỏ diện chịu tải cột trục B, để thiên an tồn định hình ván khn, ta chọn kích thước tiết diện cột trục C(22x 50) với cột trục B f Cột trục A -Diện truyền tải cột trục A SA = - dọc tải phân bố ban sàn hành lang N1  qhl S A  727,6 4,92=3579,8( -Lực dọc tải trọng lan can N  gt lt hlc  296.4,1.0,9=1092,24(daN) (Lấy sơ chiều cao lan can 0.9m) -Lực dọc tường thu hồi N  gt lt hlc  296.( -Lực dọc tải phân bố sàn mái N4=qm.SA= 480,5 4,92=2364,1(daN) -Với nhà bốn tầng có ba sàn hành lang sàn mái N= n3579,8+1092,242364,1)=16664,4 -Do lực dọc bé nên kể đến ảnh hưởng moomen ta chọn k=1,3 Diện tích A nhỏ nên chọn kích thước cột A bc x hc=22x 22 cm có A=484 (cm2)> 254,9 (cm2) Càng lên cao lực dọc giảm nên ta chọn kích thước tiết diện cột sau: +Cột trục B trục C có kích thước - bc x hc=22x50 (cm) cho cột tầng tầng -bc x hc=22x40 (cm) cho cột tầng tầng Cột trục A có kích thước bc x hc=22x 22 (cm) từ tầng lên tầng GVHD : NGUYỄN VĂN TUẤN ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP II Mặt bố trí kế cấu theo hình II SƠ ĐỒ TÍNH TỐN KHUNG PHẲNG Sơ đồ hình học Sơ đồ kết cấu a.Nhịp tính tốn dầm Nhịp tính tốn dầm lấy khoảng cách trục cột  Xác định nhịp tính tốn dầm BC lBC  L2  t t hc hc    2 2 =7+0,11+0,11-0,2-0,2= 6,82 (m) ( lấy trục cột trục cột tầng tầng 4) GVHD : NGUYỄN VĂN TUẤN ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP II  Xác định nhịp tính tốn dầm AB l AB  L1  t hc  2 =2,4 - 0,11+0,2= 2,49 (m) (ở lấy trục cột trục cột tầng tầng 4) b.Chiều cao cột Chiều cao cột lấy khoảng cách trục dầm dầm khung thay đổi tiết diện nên ta xác định chiều cao cột theo trục dầm hành lang( dầm có tiết diện nhỏ hơn) Xác định chiều cao cột tầng Lựa chọn chiều sâu chon móng từ mặt đất tự nhiên( cốt -0.45) trở xuống: hm= 500 (mm)= 0,5 m ht1 = 4,4 (m) (với Z=0.45m khoảng cách từ cốt �0.00 đến mặt đất tự nhiên) Xác định chiều cao cột tầng 2,3,4 Ht2 = ht3 = ht4 = 3,7 (m) Ta có sơ đồ kết cấu thể hình sau: GVHD : NGUYỄN VĂN TUẤN ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP II Hình Sơ đồ kết cấu khung ngang III XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG ĐƠN VỊ Tĩnh tãi đơn vị  Tĩnh tải sàn phòng học gs = 422,6 (daN/m2)  Tĩnh tải sàn hành lang ghl =367,6 (daN/m2) GVHD : NGUYỄN VĂN TUẤN ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP II  Tĩnh tải sàn mái gm  383 (daN/m2)  Tường xây 220 gt  514 (daN/m2)  Tường xây 110 gt1= 296 (daN/m2) Hoạt tải đơn vị  Hoạt tải sàn phòng học ps = 240(daN/m2)  Hoạt tải sàn hành lang phl  360(daN/m2)  Hoạt tải sàn mái sêno gm  97,5(daN/m2) Hệ số quy đổi tải trọng a.Với ô sàn lớn kích thước 7x4,1(m) Tải trọng phân bố tác dụng lên khung có dạng hình thang Để quy đổi sang dạng tải trọng phân bố hình chữ nhật, ta cần xác định hệ số chuyển đổi k k      với 0,856 b.Với sàn hành lang kích thước 2,4x4,1 (m) Tải trọng phân bố tác dụng lên khung có dạng hình tam giác Để quy đổi sang dạng tải trọng phân bố hình chữ nhật, ta có hệ số k= IV XÁC ĐỊNH TĨNH TẢI TÁC DỤNG VÀO KHUNG + Tải trọng thân kết cấu dầm, cột khung chương trình tính tốn kết cấu tự tính + Việc tính tốn tải trọng vào khung thể theo cách: - Cách 1: chưa quy đổi tải trọng - Cách 2: quy đổi tải trọng thành phân bố Tĩnh tải tầng 2,3,4 GVHD : NGUYỄN VĂN TUẤN ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP II Hình Sơ đồ phân tĩnh tải sàn tầng 2,3,4 10 GVHD : NGUYỄN VĂN TUẤN ĐỒ ÁN BÊ TƠNG CỐT THÉP II Bố trí cốt thép dọc cho dầm tầng dầm tầng mái Tính tốn bố trí cốt thép đai cho dầm 37 GVHD : NGUYỄN VĂN TUẤN ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP II a.Tính tốn cốt đai cho phần tử dầm 4( tầng 2, nhịp BC): bxh=22X65 +Từ bảng tổ hợp nội lực ta chọn lực cắt nguy hiểm cho dầm Q =144,07 (kN) +Bê tông cấp độ bền B15 có Rb=8,5 (Mpa)= 85(daN/cm2) Rbt = 7,5(daN/cm2) Eb= 2,3.104(Mpa) +Thép đai nhóm AI có Rsw= 175(Mpa) =1750(daN/cm2); Es= 2,1.105(Mpa) +Dầm chịu tải trọng tính tốn phân bố với g  g1  g 01  2971,3 + 0,22.0,65.2500.1.1 = 3364,6(daN/m)=33,65(daN/cm) (Với go trọng lượng thân dầm 4) p= 842,3(daN/m)=8,42(daN/cm) Giá trị q1: (daN/cm) +Chọn a= 4cm � ho  h  a  65 - = 61 +Kiểm tra điều kiện cường độ tiết diện nghiêng theo ứng suất nén chính: Q �0.31b1Rbbho Do chưa có bố trí cốt đai nên ta giả thiết 1b1  Ta có 0.3Rbbho  0,3.85.22.61= 34221(daN) > Q= 14407(daN) � Dầm đủ khả chịu ứng suất nén +Kiểm tra cần thiết phải đặt cốt đai Bỏ qua ảnh hưởng lực dọc trục nên n  Qb  b3 (1   n ) Rbt bho  0,6.(1+0).7,5.61.22 = 6039(daN) � Q = 14407>Qbmin � cần phải đặt cốt đai chịu cắt Xác định giá trị M b  b (1   f  n ) Rbt bho  2.(1+0+0).7,5.22.612= 1227930(daN.cm) Do dầm có phần cánh nằm vùng chịu kéo  f  +Xác định giá trị Qb1 Qb1  M b q1 =2 (cm) 38 GVHD : NGUYỄN VĂN TUẤN +Ta có (cm) < co ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP II * +Giá trị qs tính tốn +Giá trị +Giá trị Q  Qb1 Qb ; ) h h o o +yêu cầu nên ta lấy giá trị qs = 49,5(daN/cm) để tính cốt đai +Sử dụng đai �6 , số nhánh n=2 � Khoảng cách s tính tốn: qs �( +Dầm có h=65>45cm +Giá trị smax: +Khoảng cách thiết kế cốt đai S=min(stt , sct , smax) = 20 (cm) = 200 (mm) Ta bố trí  6a 200 cho dầm +Kiểm tra lại điều kiện cường độ tiết diện nghiêng theo ứng suất nén có bố trí cốt đai: Q �0.31b1 Rbbho - với 1   5 w �1,3 Dầm bố trí  6a 200 Có b1    Rb =1-0,01.8,5= 0,915   Ta thấy : 1 b1 =1,059.0,915=0,969 Ta có: Q=14407 < � Dầm đủ khả chịu ứng suất nén b.Tính tốn cốt đai cho phần tử dầm 9, 14, 19 : bxh=22x60 cm Ta thấy dầm có kích thước bxh=22X65 dầm có lực cắt lớn Q= 14407(daN), dầm dặt cốt đai theo cấu tạo  6a 200 � chọn cốt đai theo  6a 200 cho toàn dầm có kích thước bxh= 22X65cm khác 39 GVHD : NGUYỄN VĂN TUẤN ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP II c.Tính tốn cốt đai cho phần tử dầm 5( tầng 2, nhịp AB): bxh=22x35 +Từ bảng tổ hợp nội lực ta chọn lực cắt nguy hiểm cho dầm Qmax= 28,4 (kN) +Dầm chịu tải trọng tính toán phân bố với g = go+go2=500,8 +0,22.0,35.2500.1,1=712,6(daN/m)= 7,126(daN/cm) (Với go2 trọng lượng thân dầm 5) p= 540( daN/cm) = 5,4(daN/cm) Giá trị q1: q1= g+0,5p=7,126+0,5.5,4=9,826( daN/cm) +Giá trị lực cắt lớn Q= 28,4(kN)= 2840 (daN) +Chọn a=4 cm � ho=h-a=35-4=31(cm) +Kiểm tra điều kiện cường độ tiết diện nghiêng theo ứng suất nén : Q �0.3Rbbho Ta có 0.3Rbbho = 0,3.85.22.31=17391(daN)>2840(daN) � dầm đủ khả chịu ứng suất nén +Kiểm tra cần thiết phải đặt cốt đai bỏ qua ảnh hưởng lực dọc trục nên n  Qb  b3 (1   n ) Rbt bho  0,6.(1+0).7,5.22.31=3069(daN) � Q = 2840 (daN) �Qb � đặt cốt đai chịu cắt theo điều kiện cấu tạo +Sử dụng cốt đai  , số nhánh n=2 +Dầm có h= 35cm ξRh0 ,nén lệch tâm bé +Tính lại “x” theo phương pháp dần →x=44,7(cm) += = ==2,04(cm2) d.Tính cốt thép đối xứng cho cặp M=82,4(kN.m)=824000(daN.cm) N=941,8(kN)=94180(daN) +e= ηe0+h/2-a=1.8,75+25-4=29,75 +x== 50,3> ξRh0 →,nén lệch tâm bé Tính lại “x” theo cơng thức gần →x=38,2 += = ==7,48(cm2) +Xác định giá trị hàm lượng cốt thép tối thiểu theo độ mảnh λ λ == → λ(3583) →μmin=0.2% +Hàm lượng cốt thép μ=100%=> μmin =0.2% Nhận xét: +Cặp nội lực đòi hỏi lượng thép bố trí lớn nhất.Vậy ta bố trí cốt thép cột theo ==7,48 (cm2) Chọn 3∅18 có As=7,5(cm2) +các phần tử cột 1,6,7 bố trí thép giống cột phần cột 3.Tính tốn cốt thép cho phần tử cột 3:b x h=22x22 Chiều dài tính tốn l0=0,7.H=0,7.4,4(m)=308(cm) Giả thiết a=a’=4cm → h0=h-a=22-4=18(cm) Za=h0-a=18-4=14(cm) Độ mảnh λa=l0/h=14>8 → phải xét đến ảnh hưởng uốn dọc 43 GVHD : NGUYỄN VĂN TUẤN ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP II Nội lực chọn từ bảng tổ hợp nội lực ghi lại chi tiết bảng Bảng 7.Nội lực ộ chênh lêch tâm cột Ký hiệu Ký hiệu Đặc M N e1=M/N ea cặp nội bảng diểm (kN.m) (kN) (cm) (cm) lực tộ hợp cặp nội lực 3-9 emax 5,3 80,31 6,6 2,7 6,6 3-10 max 7,17 139,4 5,14 2,7 5,14 3-14 Nmax 6,7 195,5 3,4 2,7 3,4 Với Mdh=-0,9(kNm) Ndh=109,8(kN) b Tính cốt thép đối xứng cho cặp M=5,3(kNm)=53000(daN.cm) N=80,31(kN)=8031(daN) Lực dọc tới hạn xác định theo công thức Ncr=( Với l0=308(cm) Eb=23.103(Mpa)=230.103(daN/cm2) Mô men quán tính tiết diện I==(cm4) Giả thiết μt=0.047%=0.00047 Is= μtbh0(0.5h-a)2=0,00047.22.18.(0,5.22-4)2=9,12(cm4) ==9.13 =0.5-0.01-0.01Rb=0,5-0,01 = →e=max()=0,3 Hệ số kể đến ảnh hưởng độ lệch tâm: S= với bê tông cốt thép thường: 44 E0max(e1,ea) (cm) GVHD : NGUYỄN VĂN TUẤN ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP II hệ số xét đến ảnh hưởng tải trọng dài hạn: với y=0,5h = 0,5.22 = 0,11 (m) với bê tông nặng lực dọc tới hạn xác định theo công thức hệ số uốn dọc: e= Sử dụng bê tông cấp độ bền B15, thép AII -> Xảy trường hợp x< 2a’=8(cm) + Lượng cốt thép yêu cầu: Xác định hàm lượng cốt thép tối thiểu theo độ mảnh: hàm lượng cốt thép Hàm lượng cốt thép tổng -> hàm lượng cốt thép giả thiết hợp lí Tuy nhiên nên ta bố trí cốt thép theo hàm lượng cốt thép tối thiểu: AS=AS’=(cm2) c tính cốt thép đối xứng cho cặp 3, ta có kết tính thép cho: + cặp nội lực 2: AS=AS’=0,2(cm2) ++ cặp nội lực 3: AS=AS’=0,31(cm2) Ta thấy lượng cốt thép nhỏ(20(cm) nên cần bố trí theo điều kiện cấu tạo có AS= 4,02(cm2)>0,792(cm2) cho phần tử cột 45 GVHD : NGUYỄN VĂN TUẤN ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP II Tính cốt thép cho phần tử cột 12: bxh=22x40 cm a số liệu tính tốn Chiều dài tính tốn l0=0,7H=0,7.3,7 = 2,59(m)=259(cm) Giả thiết a=a’=4cm → h0=h-a=40-4 =36(cm) Za=h0-a=36-4=32(cm) Độ mảnh λh=l0/h=259/36=6,475