Tài liệu đồ án bê tông cốt thép 1

Đồ án môn học Kết cấu bêtông cốt thép 1 Mục lục Mục lục ............................................................................................................................. 1 Danh mục bảng biểu ......................................................................................................... 2 Danh mục bản vẽ .............................................................................................................. 3 THUYẾT MINH ĐỒ ÁN MÔN HỌC SÀN SƯỜN BÊTÔNG CỐT THÉP TOÀN KHỐI CÓ BẢN LOẠI DẦM ...................................................................................................... 4 1.1 SỐ LIỆU TÍNH TOÁN ...................................................................................... 4 1.2 TÍNH BẢN......................................................................................................... 5 1.2.1 Chọn kích thước các cấu kiện ......................................................................5 1.2.2 Sơ đồ tính .....................................................................................................5 1.2.3 Tải trọng tính toán .......................................................................................6 1.2.4 Nội lực tính toán ..........................................................................................6 1.2.5 Tính cốt thép chịu mômen uốn ....................................................................7 1.2.6 Cốt thép cấu tạo .........................................................................................10 1.3 TÍNH DẦM PHỤ ............................................................................................. 10 1.3.1 Sơ đồ tính ...................................................................................................10 1.3.2 Tải trọng tính toán .....................................................................................10 1.3.3 Nội lực tính toán ........................................................................................11 1.3.4 Tính cốt thép dọc .......................................................................................12 1.3.5 Chọn và bố trí cốt dọc ................................................................................15 1.3.6 Tính cốt thép ngang ...................................................................................16 1.3.7 Tính và vẽ hình bao vật liệu ......................................................................18 1.4 TÍNH DẦM CHÍNH ........................................................................................ 24 1.4.1 Sơ đồ tính ...................................................................................................24 1.4.2 Tải trọng tính toán .....................................................................................24 1.4.3 Nội lực tính toán ........................................................................................24 1.4.4 Tính cốt thép dọc .......................................................................................30 1.4.5 Chọn và bố trí cốt dọc ................................................................................31 1.4.6 Tính cốt thép ngang ...................................................................................32 1 Đồ án môn học Kết cấu bêtông cốt thép 1 Danh mục bảng biểu Bảng 1: Xác định tĩnh tải ( ......................................................................................... 6 Bảng 2: Tính toán hình bao mômen của dầm phụ .......................................................... 12 Bảng 3: Bố trí cốt thép dọc cho các tiết diện chính của dầm phụ................................... 15 Bảng 4: Khả năng chịu lực của các tiết diện dầm phụ.................................................... 19 Bảng 5: Mặt cắt lý thuyết của các thanh cốt thép ........................................................... 20 Bảng 6: Tính toán và tổ hợp mômen .............................................................................. 25 Bảng 7: Tính toán và tổ hợp lực cắt................................................................................ 29 Bảng 8: Bố trí cốt thép dọc cho các tiết diện chính của dầm chính ................................ 31 Bảng 9: Khả năng chịu lực của các tiết diện dầm chính ................................................. 35 Bảng 10: Mặt cắt lý thuyết của các thanh cốt thép ......................................................... 36 2 Đồ án môn học Kết cấu bêtông cốt thép 1 Danh mục bản vẽ Hình 1: Sơ đồ sàn ............................................................................................................. 4 Hình 2: Sơ đồ tính toán và nội lực của dải bản: (a) Sơ đồ tính toán; (b) Biểu đồ mômen; và (c) Biểu đồ lực cắt ........................................................................................................ 7 Hình 3: Bố trí cốt thép trong bản ...................................................................................... 9 Hình 4: Sơ đồ tính toán và nội lực trong dầm phụ: (a) Sơ đồ tính; (b) Biểu đồ bao mômen; và (c) Biểu đồ bao lực cắt ................................................................................. 13 Hình 5: Bố trí cốt thép dọc trong các tiết diện chính của dầm phụ ................................ 16 Hình 6: Sơ đồ tính mặt cắt lý thuyết cho thanh số 2 ....................................................... 19 Hình 7: Bố trí cốt thép và hình bao vật liệu dầm phụ ..................................................... 22 Hình 8: Bố trí cốt thép và hình bao vật liệu dầm phụ (tiếp) ........................................... 23 Hình 9: Sơ đồ tính toán dầm chính (a) Sơ đồ dầm chính và (b) Sơ đồ tính dầm chính .. 24 Hình 10: Sơ đồ tính bổ trợ mômen tại một số tiết diện .................................................. 25 Hình 11: Các sơ đồ tải trọng và mômen tương ứng trong dầm chính ............................ 27 Hình 12: Biểu đồ bao mô men xác định theo phương pháp tổ hợp ................................ 28 Hình 13: Sơ đồ tính mômen tại mép gối B ..................................................................... 28 Hình 14: Biểu đồ bao lực cắt dầm chính ........................................................................ 29 Hình 15: Bố trí cốt thép dọc trong các tiết diện chính của dầm chính ........................... 32 Hình 16: Bố trí cốt treo ................................................................................................... 34 Hình 17: Mặt cắt lý thuyết .............................................................................................. 36 Hình 18: Bố trí cốt thép và hình bao vật liệu dầm chính ................................................ 39 Hình 19: Bố trí cốt thép và hình bao vật liệu dầm chính (tiếp) ...................................... 40 3 Đồ án môn học Kết cấu bêtông cốt thép 1 THUYẾT MINH ĐỒ ÁN MÔN HỌC SÀN SƯỜN BÊTÔNG CỐT THÉP TOÀN KHỐI CÓ BẢN LOẠI DẦM 1.1 SỐ LIỆU TÍNH TOÁN (1) Sơ đồ kết cấu sàn theo Hình 1. (2) Kích thước tính từ giữa trục dầm và trục tường chiều dày = 2.6 m; = 7.0 m. Tường chịu lực có = 0.34 m. Cột bêtông cốt thép tiết diện . (3) Sàn nhà dân dụng: cấu tạo mặt sàn gồm bốn lớp như trên Hình 1. Hoạt tải tiêu chuẩn 7.5 kN/m2, hệ số độ tin cậy = = 1.2. (4) Vật liệu: bêtông cấp độ bền theo cường độ chịu nén B20, cốt thép của bản và cốt đai của dầm dùng nhóm CI, cốt dọc của dầm dùng nhóm CI, CIII. Các loại cường độ tính toán: Bê tông cấp độ bền B20 có = 11.5 MPa, - Với  ≤ 14 , sử dụng cốt thép CI có - Với  >14 , sử dụng cốt thép CIII có = 0.90 MPa, = 27103 MPa. = 225 MPa, = 225 MPa, = 175 MPa. = 365MPa, = 365MPa, = 290MPa. Hình 1: Sơ đồ sàn 4 Đồ án môn học Kết cấu bêtông cốt thép 1 1.2 TÍNH BẢN 1.2.1 Chọn kích thước các cấu kiện  Chọn chiều dày của bản: Trong đó: với hoạt tải ở mức trung bình; ; . Chọn  . Chọn tiết diện dầm phụ: Trong đó: → Chọn  ; ; , Chọn tiết diện dầm chính: Trong đó: → Chọn ; ; ; 1.2.2 Sơ đồ tính  Xét tỉ số hai cạnh ô bản l2  l1  Cắt một dải bản rộng 7 .0  2 .6 9  2 , xem bản làm việc 1 phương. 2 .6 vuông góc với dầm phụ và xem dải bản làm việc như một dầm liên tục (như Hình 1). Bản được tính toán với sơ đồ khớp dẻo.  Nhịp tính toán của bản: - Nhịp biên: - Nhịp giữa: - Chênh lệch giữa các nhịp: 5 Đồ án môn học Kết cấu bêtông cốt thép 1 1.2.3 Tải trọng tính toán Tải trọng tính toán được tính từ lớp cấu tạo sàn như Hình 1 và được liệt kê trong Bảng 1 như sau: Bảng 1: Xác định tĩnh tải ( Giá trị tiêu chuẩn ⁄ Các lớp cấu tạo bản Hệ số độ tin cậy Giá trị tính toán ⁄ - Lớp gạch lát dày 10mm, 0.01x20=0.200 1.1 0.220 - Lớp vữa lót dày 30mm, 0.03x18=0.504 1.3 0.702 0.0925 = 2.250 1.1 2.475 0,01518= 0.270 1.3 0.351 - Bản bêtông cốt thép dày 90mm, - Lớp vữa trát dày 10mm, Tổng cộng 3.224  Lấy tròn tĩnh tải:  Hoạt tải:  Tải trọng toàn phần tính toán:  Tính toán với dải bản rộng 3.748 . . . có: ⁄ ⁄ . 1.2.4 Nội lực tính toán  Mômen uốn tại nhịp biên và gối thứ hai: (  ( ) Mômen uốn tại gối giữa và nhịp giữa: (  ) ) ( ) Giá trị lực cắt: Sơ đồ tính toán và nội lực của dải bản được thể hiện ở Hình 2. 6 Đồ án môn học Kết cấu bêtông cốt thép 1 Hình 2: Sơ đồ tính toán và nội lực của dải bản: (a) Sơ đồ tính toán; (b) Biểu đồ mômen; và (c) Biểu đồ lực cắt 1.2.5 Tính cốt thép chịu mômen uốn  Chọn  Tại gối biên và nhịp biên với cho mọi tiết diện, chiều cao làm việc của bản là: ta có: Tra bảng phụ lục 10 sách “Sàn sườn bêtông cốt thép toàn khối” có , hoặc tính theo công thức: √ √ Diện tích cốt thép cần thiết và hàm lượng cốt thép: Chọn thép có đường kính 8mm, , khoảng cách giữa các cốt thép là : 7 Đồ án môn học Kết cấu bêtông cốt thép 1 → Chọn  , . Tại gối giữa và nhịp giữa, với Tra bảng phụ lục 10 sách “Sàn sườn bêtông cốt thép toàn khối” có , hoặc tính theo công thức: √ √ Diện tích cốt thép cần thiết và hàm lượng cốt thép: Chọn thép có đường kính 6mm, → Chọn  , , khoảng cách giữa các cốt thép là : . Tại các nhịp giữa và gối giữa ở trong vùng được phép giảm đến tối đa 20% cốt thép, có . Hàm lượng cốt thép : Chọn thép có đường kính 6mm, → Chọn  , , khoảng cách giữa các cốt thép là : . Kiểm tra lại chiều cao làm việc với lớp bảo vệ cho bản là 10 mm : Như vậy trị số đã dùng để tính toán là  Cốt thép chịu mômen âm với ⁄ là thiên về an toàn. ⁄ , trị số của cốt thép chịu mômen âm tính từ mép dầm phụ là : trục dầm phụ là :  , đoạn vươn tính từ . Bản không bố trí cốt đai, lực cắt của bản hoàn toàn do bêtông chịu, do: 8 Đồ án môn học Kết cấu bêtông cốt thép 1 Hình 3: Bố trí cốt thép trong bản 9 Đồ án môn học Kết cấu bêtông cốt thép 1 1.2.6 Cốt thép cấu tạo  Cốt thép chịu mômen âm đặt theo phương vuông góc với dầm chính: chọn , có diện tích trên mỗi mét của bản là 141 mm2, lớn hơn 50% diện tích cốt thép tính toán tại gối tựa giữa của bản là 0.5x277.49=138.75mm2. Sử dụng các thanh cốt mũ, đoạn vươn ra tính từ mép dầm chính là: . Tính từ trục dầm chính là :  . Cốt thép phân bố được đặt vuông góc với cốt thép chịu lực: chọn , có diện tích trên mỗi mét của bản là 113 mm2, đảm bảo lớn hơn 20% diện tích cốt thép tính toán tại giữa nhịp (nhịp biên 0.2x405.68=81.13 mm2, nhịp giữa 0.2x277.49=55.50 mm2).  Cách bố trí thép sàn được thể hiện ở Hình 3. 1.3 TÍNH DẦM PHỤ 1.3.1 Sơ đồ tính Dầm phụ là dầm liên tục 5 nhịp đối xứng. Xét một nửa bên trái của dầm (như Hình 4) Dầm gối lên tường một đoạn không nhỏ hơn 220, . Bề rộng dầm chính . Dầm phụ được tính toán bằng sơ đồ khớp dẻo.  Nhịp tính toán của dầm phụ: - Nhịp biên: - Nhịp giữa: - Chênh lệch giữa các nhịp: 1.3.2 Tải trọng tính toán  Tĩnh tải: - Tải trọng bản thân dầm (không kể phần bản dày 90mm): ( - ) Tĩnh tải truyền từ bản: 10 Đồ án môn học Kết cấu bêtông cốt thép 1 - Tĩnh tải toàn phần:  Hoạt tải truyền từ bản:  Tải trọng tính toán toàn phần của dầm phụ:  Tỷ số: 1.3.3 Nội lực tính toán 1.3.3.1 Mômen uốn  Tung độ hình bao mômen (nhánh dương): - Tại nhịp biên: - Tại nhịp giữa:  Tung độ hình bao mômen (nhánh âm):  Tra bảng phụ lục 11 sách “Sàn sườn bêtông cốt thép toàn khối”, với tỉ số có hệ số và các hệ số , và kết quả tính toán được trình bày ở Bảng 2.  Tiết diện có mômen âm bằng 0 cách bên trái gối thứ hai một đoạn là:  Tiết diện có mômen dương bằng 0 cách gối tựa một đoạn là: - Nhịp biên: - Nhịp giữa : ⁄ 1.3.3.2 Lực cắt 11 Đồ án môn học Kết cấu bêtông cốt thép 1 Hình bao mô men và lực cắt được thể hiện ở Hình 4. Bảng 2: Tính toán hình bao mômen của dầm phụ Tung độ Giá trị Nhịp, tiết diện Nhịp biên Gối 1 0 0 1 0.065 106.778 2 0.090 147.847 0.091 149.489 3 0.075 123.206 4 0.020 32.855 Gối 2-Tiết diện 5 -0.0715 -114.363 Nhịp 2 6 0.018 -0.029304 28.791 -46.871 7 0.058 -0.007956 92.770 -12.725 0.0625 99.968 8 0.058 -0.004956 92.770 -7.927 9 0.018 -0.023304 28.791 -37.274 Gối 3-Tiết diện 10 -0.0625 -99.968 Nhịp giữa 11 0.018 -0.022304 28.791 -35.675 12 0.058 -0.003174 92.770 -5.077 0.0625 -0.003174 99.968 -5.077 1.3.4 Tính cốt thép dọc Bêtông cấp độ bền B20 có = 11.5 MPa, - Với  ≤ 14, sử dụng cốt thép CI có - Với  >14, sử dụng cốt thép CIII có = 0.90 MPa, = 225 MPa, = 365 MPa, = 27103 MPa. = 225 MPa, = 355 MPa, = 175 MPa = 290MPa. 12 Đồ án môn học Kết cấu bêtông cốt thép 1 Hình 4: Sơ đồ tính toán và nội lực trong dầm phụ: (a) Sơ đồ tính; (b) Biểu đồ bao mômen; và (c) Biểu đồ bao lực cắt 13 Đồ án môn học Kết cấu bêtông cốt thép 1 1.3.4.1 Với mômen âm Tính theo tiết diện hình chữ nhật . → Giả thiết  ; . Tại gối 2, với √ √ √ √ Kiểm tra:  Tại gối 3, với Kiểm tra: 1.3.4.2 Với mômen dương Tính theo tiết diện hình chữ T có cánh nằm trong vùng nén, bề dày cánh → Giả thiết  Độ vươn của cánh   ⁄ . . lấy không lớn hơn giá trị bé nhất trong số các trị số sau: ⁄ Một nửa khoảng cách thông thủy giữa hai dầm phụ cạnh nhau (do , với và khoảng cách giữa các dầm ngang lớn hơn khoảng cách giữa các dầm dọc ). → Vậy Chọn 14 Đồ án môn học Kết cấu bêtông cốt thép 1 Bề rộng cánh  Tính Vậy → Trục trung hòa đi qua cánh. Tính theo tiết diện chữ nhật  ; ; . Tại nhịp biên, với √ √ √ √ Kiểm tra:  Tại nhịp thứ 2, với Kiểm tra: 1.3.5 Chọn và bố trí cốt dọc Bảng 3: Bố trí cốt thép dọc cho các tiết diện chính của dầm phụ Tiết diện tính toán Cốt thép Diện tích Nhịp biên Gối B Nhịp 2 Gối C Nhịp giữa 891.47 764.76 593.75 655.90 593.75 220+120 942.5 218+120 216+116 216+118 823.1 603.2 656.6 216+116 603.2 15 Đồ án môn học Kết cấu bêtông cốt thép 1 Hình 5: Bố trí cốt thép dọc trong các tiết diện chính của dầm phụ 1.3.6 Tính cốt thép ngang  Các giá trị lực cắt trên dầm: Lấy lực cắt lớn nhất bên trái gối 2, với để tính toán cốt đai, có .  Kiểm tra khả năng chịu ứng suất nén chính của bụng dầm theo công thức: →Kết luận là đủ khả năng chịu lực. - Khả năng chịu cắt nhỏ nhất của bêtông : →Do đó phải tính toán cốt thép ngang. - Tính cốt đai không bố trí cốt xiên: với ý nghĩa là √ Cho toàn bộ lực cắt do bê tông và cốt đai chịu. Để tránh phá hoại dòn, cốt đai phải chịu được lực cắt không ít hơn khả năng chịu lực cắt tối thiểu của bê tông. Tính Từ đó tính được với theo công thức: theo công thức 16 Đồ án môn học Kết cấu bêtông cốt thép 1 √ √ Do đó điều kiện hạn chế được thõa mãn. Vậy tính cốt đai với Dùng cốt đai 8 hai nhánh ta tính được: Tính khoảng cách lớn nhất giữa các cốt đai theo công thức: Theo điều kiện cấu tạo ta có: ( ) Chọn khoảng cách giữa các cốt đai: Chọn  Tại các gối khác có lực cắt bé hơn nên tính được vẫn chọn  lớn hơn, nhưng theo điều kiện cấu tạo . Xác định vùng cốt đai đặt thưa hơn: Bố trí cốt đai 8, hai nhánh, trong đoạn 1680mm (1/4 nhịp tính toán), trong đoạn giữa dầm đặt cốt đai theo điều kiện cấu tạo và kiểm tra lại. Từ biểu đồ lực cắt nhận thấy rằng càng xa gối tựa lực cắt càng giảm, do đó cốt đai cần được bố trí thưa hơn. Lực cắt lớn nhất trong đoạn giữa dầm là Chọn cốt đai: 8, hai nhánh, ( ) bố trí ngoài khoảng 1,680m tính từ mép gối tựa, ta kiểm tra vùng đặt cốt đai thưa hơn như sau: √ √ Giá trị lực cắt ứng với khoảng 1680m tính từ mép gối tựa (tính theo tam giác đồng dạng) là: 17 Đồ án môn học Kết cấu bêtông cốt thép 1 Vậy cốt đai bố trí như trên đảm bảo yêu cầu chịu lực và cấu tạo. 1.3.7 Tính và vẽ hình bao vật liệu 1.3.7.1 Tính khả năng chịu lực  Tại nhịp biên, mômen dương, tiết diện chữ T có cánh nằm trong vùng nén, bề rộng cánh , bố trí cốt thép 220+120, diện tích . Lấy lớp bêtông bảo vệ là 20 mm, . - trục trung hòa đi qua cánh  Tại gối B, mômen âm, tiết diện chữ nhật 218+120, diện tích , bố trí cốt thép . Lấy lớp bêtông bảo vệ là 20 mm, . .  Kết quả tính toán khả năng chịu lực ở các mặt cắt được tổng hợp ở Bảng 4. Mọi tiết diện đều được tính toán theo trường hợp tiết diện đặt cốt đơn (với tiết diện chịu mô men dương thay bằng ). 1.3.7.2 Xác định mặt cắt lý thuyết của các thanh  Cắt thanh thép số 2 (đầu bên phải): sau khi cắt thanh thép số 2, tiết diện gần gối 2, nhịp thứ hai còn lại cốt thép số 3 (218) ở phía trên, khả năng chịu lực ở thớ trên là 80.664kNm. Biểu đồ vật liệu cắt biểu đồ bao mômen ở điểm H, đây là mặt cắt lý thuyết của cốt thép số 2. Bằng quan hệ hình học giữa các tam giác đồng dạng, xác định được khoảng cách từ điểm H đến mép gối B là 669mm (Hình 6). 18 Đồ án môn học Kết cấu bêtông cốt thép 1 Bảng 4: Khả năng chịu lực của các tiết diện dầm phụ Tiết diện Số lượng và diện tích cốt thép (mm2) (kNm) (mm) Giữa nhịp biên 220+120 - 470 0.025 0.988 159.746 Cạnh nhịp biên Cắt 120 còn 120 - 470 0.017 0.992 106.923 Trên gối B 218+120 - 470 0.253 0.874 123.411 Cạnh gối B Cắt 120 còn 218 - 471 0.156 0.922 80.664 Giữa nhịp 2 216+116 - 472 0.016 0.992 103.088 Cạnh nhịp 2 Cắt 116 còn 216 - 472 0.011 0.995 68.927 Trên gối C 216+118 - 471 0.201 0.899 101.479 Cạnh gối C Cắt 118 còn 216 - 472 0.123 0.939 65.048 Giữa nhịp giữa 216+116 - 472 0.016 0.992 103.088 Cạnh nhịp giữa Cắt 116 còn 216 - 472 0.011 0.995 68.927 Hình 6: Sơ đồ tính mặt cắt lý thuyết cho thanh số 2  Xác định đoạn kéo dài : bằng quan hệ hình học giữa các tam giác đồng dạng, xác định lực cắt tương ứng tại điểm H là QH=95.527 kN. Tại khu vực này cốt đai được bố trí là 6a150, tính: Do tại khu vực cắt cốt thép số 2 không bố trí cốt xiên nên . 19 Đồ án môn học Kết cấu bêtông cốt thép 1 Ta có: . Điểm cắt thực tế cách mép gối B một đoạn 699+650=1349mm Chọn  Tiến hành tương tự cho các cốt thép khac, kết quả như trong Bảng 5. Bảng 5: Mặt cắt lý thuyết của các thanh cốt thép Cốt thép Mặt cắt lý thuyết Cốt thép số 1a (đầu bên trái) cách mép trái gối 1 là 1358mm Cốt thép số 1a (đầu bên phải) cách mép phải gối 2 là 2401mm Cốt thép số 2 (đầu bên trái) cách mép trái gối 2 là 493mm Cốt thép số 2 (đầu bên phải) cách mép phải gối 2 là 669mm Cốt thép số 3 (đầu bên trái) cách mép trái gối 2 là 1672mm Cốt thép số 3 (đầu bên phải) cách mép phải gối 2 là 979mm Cốt thép số 5 (đầu bên trái) cách mép phải gối 2 là 2002mm Cốt thép số 5 (đầu bên phải) cách mép trái gối 3 là 2008mm Cốt thép số 6 (đầu bên phải) cách mép trái gối 3 là 728mm Cốt thép số 6 (đầu bên trái) cách mép phải gối 3 là 746mm Đoạn kéo dài Chú ý: Với mômen dương không thể thay đường cong bằng đường thẳng để nội suy vì như vậy sẽ tìm được giá trị mômen bé hơn thực tế, thiên về thiếu an toàn. 1.3.7.3 Kiểm tra về neo cốt thép Cốt thép phía dưới sau khi được cắt, số còn lại khi kéo vào gối đều phải đảm bảo lớn hơn 1/3 diện tích cốt thép giữa nhịp: Nhịp biên 220+120 uốn 120 còn 220, diện tích còn 66,7% khi vào gối; Nhịp giữa 216+116 cắt 116 còn 216, diện tích còn 66,7% khi vào gối; - Tại gối A: Đoạn neo cốt dọc là (Với thanh số 1). - Tại gối B: 20