Tài liệu Đồ án Bê tông cốt thép Tính toán thiết kế khung phẳng bê tông cốt thép toàn khối trục công trình là nhà ở tập thể 5 tầng

ĐỒ ÁN BTCT2 GVHD: TS. NGUYỄN HỮU ANH TUẤN MỤC LỤC A-NỘI DUNG:................................................................................................................................ 2 B-SỐ LIỆU THIẾT KẾ:..................................................................................................................2 I-LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU:.............................................................................2 I-1.HỆ CHỊU LỰC KHUNG TOÀN KHỐI............................................................................2 I-2.CHỌN VẬT LIỆU SỬ DỤNG:.........................................................................................4 I-3.SƠ BỘ TIẾT DIỆN:...........................................................................................................4 I-4. LẬP SƠ ĐỒ TÍNH KHUNG NGANG:............................................................................9 II. TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG.........................................................................................10 II.1.CƠ SỞ XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG:..................................................................................10 2 II.2.TĨNH TẢI VÀ HOẠT TẢI PHÂN BỐ TRÊN 1 m SÀN...............................................11 II.3. TẢI TRỌNG TRUYỀN VÀO KHUNG:........................................................................16 II.4.TẢI TRỌNG GIÓ:..........................................................................................................24 III. XÁC ĐỊNH NỘI LỰC VÀ TỔ HỢP NỘI LỰC.........................................................28 III-1.TỔ HỢP TẢI TRỌNG THEO TIÊU CHUẨN VIỆT NAM..........................................28 III-2.XÁC ĐỊNH NỘI LỰC...................................................................................................28 III-3. KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN SỬ DỤNG...........................................................................33 III-4. TỔ HỢP NỘI LỰC KHUNG PHẲNG THEO TCVN..................................................35 IV. TÍNH TOÁN VÀ BỐ TRÍ THÉP KHUNG TRỤC 3.................................................41 IV-1.TÍNH TOÁN THÉP DẦM............................................................................................41 IV-2.TÍNH TOÁN THÉP CỘT..............................................................................................55 V. CẤU TẠO NÚT KHUNG: thể hiện trong bảng vẽ......................................................65 SV: LÊ VĂN ĐIỆP MSSV:12520807001 1 ĐỒ ÁN BTCT2 GVHD: TS. NGUYỄN HỮU ANH TUẤN A-NỘI DUNG: Tính toán thiết kế khung phẳng BTCT toàn khối trục 3. Công trình là nhà ở tập thể 5 tầng B-SỐ LIỆU THIẾT KẾ: CƠ SỞ TÍNH TOÁN: - Quy chuẩn xây dựng Việt Nam. TCVN 2737 - 1995: Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế. TCVN 5574 - 2012: Kết cấu bêtông và bêtông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế. Các tiểu chuẩn quy phạm hiện hành có liên quan. I-LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU: I-1.HỆ CHỊU LỰC KHUNG TOÀN KHỐI 1/Khái niệm chung  Kết cấu khung là hệ thanh bất biến hình nối với nhau bằng các nút cứng hoặc khớp. Khung bê tông cốt thép được dùng rộng rãi và là kết cấu chịu lực chủ yếu của nhiều loại công trình.  Có nhiều cách phân loại khung, theo phương pháp thi công người ta chia ra thành 2 loại: + Khung Toàn khối:  Ưu điểm: Độ cứng ngang lớn, chịu tải trọng động tốt. Việc chế tạo các nút cứng tương đối đơn giản.  Nhược điểm: Thi công phức tạp, khó cơ giới hóa. Chịu ảnh hưởng thời tiết, thi công chậm. + Khung lắp ghép: SV: LÊ VĂN ĐIỆP MSSV:12520807001 2 ĐỒ ÁN BTCT2 GVHD: TS. NGUYỄN HỮU ANH TUẤN  Ưu điểm: Các cấu kiện được chế tạo tại phân xưởng nên dễ kiểm tra chất lượng. Thi công nhanh, dễ cơ giới hóa.  Nhược điểm: Độ cứng của kết cấu không lớn. Thực hiện các mối nối phức tạp, nhất là các nút cứng. Hệ khung trong nhà là một hệ không gian. Tuỳ trường hợp cụ thể mà có thể tính  khung phẳng hoặc khung không gian. + Với nhà khá dài, khung đặt theo phương ngang nhà sẽ được xem như các khung phẳng.Các khung phẳng được giằng với nhau bởi các dầm dọc. + Khi mặt bằng của nhà vuông hoặc gần vuông, gió và các tải trọng ngang khác tác dụng theo phương bất kỳ , khi đó khung được tính như một hệ không gian. Phương án lựa chọn: KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP TOÀN KHỐI (tính theo khung phẳng) 2/Phương pháp thiết kế kết cấu sàn và mái Sàn được đổ toàn khối với hệ khung, nhằm tạo độ cứng lớn cho công trình. Có bố trí dầm phụ cho ô sàn có diện tích lớn. Mái được lợp tôn, kết cấu chịu lực của mái là xà gồ 0 và dầm xiên với độ dốc 27 , mái consol vươn ra trên mặt bằng một đoạn 1.0m. 3/Bố trí hệ chịu lực của nhà khung Khung gồm từ các thanh và các nút.  Thanh là các cấu kiện chịu uốn (dầm) và cấu kiện chịu nén hoặc kéo lệch tâm (cột, xà ngang gãy khúc, xà ngang cong).  Nút cứng (nối cột với dầm) phải có kích thước hình học và bố trí cốt thép sao cho phù hợp với sơ đồ tính toán. Phải đảm bảo sao cho vùng bêtông chịu nén không bị ép vỡ và cốt thép neo vào nút không bị tuột. Liên kết giữa cột với móng được xem là ngàm tại mặt móng. SV: LÊ VĂN ĐIỆP MSSV:12520807001 3 ĐỒ ÁN BTCT2 GVHD: TS. NGUYỄN HỮU ANH TUẤN I-2.CHỌN VẬT LIỆU SỬ DỤNG: Sử dụng bêtông cấp độ bền B20 (tương đương M250) - Cường độ chịu nén tính toán: Rb=11,5MPa - Cường độ chịu kéo tính toán: Rbt=0.9MPa - Khối lượng riêng: - Môđun đàn hồi: bt 2500  daN / m3  Eb 2.7 105  daN / cm 2  Sử dụng thép: - Thép nhóm AI cho loại đường kính Ø ≤ 10(mm) Cường độ chịu nén, kéo tính toán: RS=225MPa; RSC=225MPa Cường độ chịu cắt khi tính toán cốt ngang: RSW=175MPa Môđun đàn hồi: - E 2.1106  daN / cm 2  Thép nhóm AII cho loại đường kính Ø ≥ 12(mm) Cường độ chịu nén, kéo tính toán: RS=280MPa; RSC=280MPa; Cường độ chịu cắt khi tính toán cốt ngang: RSW=225MPa - Thép nhóm AIII cho loại đường kính 10 ≤ Ø ≥ 40(mm) Cường độ chịu nén, kéo tính toán: RS=365MPa; RSC=365MPa I-3.SƠ BỘ TIẾT DIỆN: a. Chiều dày sàn: Chọn sơ bộ chiều dày sàn theo ô sàn có kích thước lớn nhất Sàn tầng: - L L '1 4.14  m  Kích thước ô sàn lớn nhất: 2 L 2 4.1  1.025 2  sàn thuộc loại bản kê 4 cạnh, bản làm việc theo hai Ta có: L '1 4 phương. - 1  1   1  1 h b    L '1    4 0.089 0.1 m   45 40   45 40  Chiều dày bản sàn:  chọn h b 100  mm  SV: LÊ VĂN ĐIỆP MSSV:12520807001 4 ĐỒ ÁN BTCT2 GVHD: TS. NGUYỄN HỮU ANH TUẤN b. Tiết diện dầm: + Dầm dọc  1 1  1 1 L B 4  m   h dc    L    4  0.25 0.333  m   16 12   16 12   chọn: h dd 300  mm  1 1 1 1 bdd    h dd    300 75 150  mm   4 2  4 2  chọn: bdc 200  mm  + Dầm khung trục 3 Dầm AB:  1  1  2600  163 217     16 12  hd   Chọn hd=300mm  1 1  300  75 150     4 2 b   Chọn bd=250 mm Dầm BC:  1  1  8200  513 684     16 12  hd   Chọn hd=600 mm  1  1  600  150 300     4 2 b   Chọn bd=250 mm Dầm CD:  1  1  3200  200 267     16 12  hd   Chọn hd=300 mm  1  1  300  75 150     4 2 b   Chọn bd=250 mm ♦ Dầm mái: SV: LÊ VĂN ĐIỆP MSSV:12520807001 5 ĐỒ ÁN BTCT2 chọn : h dc 300  mm  GVHD: TS. NGUYỄN HỮU ANH TUẤN ; bdc 250  mm  c. Tiết diện cột: + Diện tích tiết diện cột sơ bộ theo công thức: A b k N Rb Trong đó: K 1.2 1.5 : Hệ số kể đến ảnh hưởng mômen trong cột. N qSn ; Với: n là số tầng. S  m2  là diện tích truyền tải lên cột khung. q 1.1 1.3  T / m 2  đối với chung cư, tườ ng là vách gạch. + Phạm vi truyền tải của cột để tính kích thước tiết diện: Để xác định tiết diện cột ta chọn cột có phạm vi truyền tải lớn nhất ( tức là cột mà ở vị trí đó có những ô sàn bao quanh có diện tích sàn lớn nhất )được thể hiện trong mặt bằng. SV: LÊ VĂN ĐIỆP MSSV:12520807001 6 ĐỒ ÁN BTCT2 GVHD: TS. NGUYỄN HỮU ANH TUẤN HÌNH: DIỆN TÍCH CHỊU TẢI CỦA CỘT BẢNG SƠ BỘ TIẾT DIỆN CỘT KHUNG TRỤC 2 Ta có: R b 11.5MPa 1150  T / m  SV: LÊ VĂN ĐIỆP MSSV:12520807001 7 ĐỒ ÁN BTCT2 GVHD: TS. NGUYỄN HỮU ANH TUẤN + Kiểm tra về độ ổn định, đó là việc hạn chế độ mãnh  . l  b  0  0 b 31 b (với l0 H , b: bề rộng tiết diện, H: chiều cao tầng) • Đối với khung nhà nhiều tầng liên kết cứng giữa dầm và cột có từ 2 nhịp trở lên, đổ bêtông cốt thép toàn khối hệ số  0.7 - Kiểm tra độ ổn định của cột biên (250x400) tầng 1: l H 0.7 4.3 b  0   12.04  0b 31  Thõa mãn điều kiện về ổn định. b b 0.25 • Với các cột còn lại việc kiểm tra ổn định được thực thiện tương tự và thể hiện ở bảng sau:  Như vậy ta chọn kích thước cột: - Cột góc ở 5 tầng có tiết diện 250×250 mm Cột biên ở 5 tầng có tiết diện 250×300 mm Cột giữa ở 5 tầng có tiết diện 250×500 mm SV: LÊ VĂN ĐIỆP MSSV:12520807001 8 ĐỒ ÁN BTCT2 GVHD: TS. NGUYỄN HỮU ANH TUẤN HÌNH: MẶT BẰNG SƠ BỘ TIẾT DIỆN DẦM, CỘT SV: LÊ VĂN ĐIỆP MSSV:12520807001 9 ĐỒ ÁN BTCT2 GVHD: TS. NGUYỄN HỮU ANH TUẤN ` HÌNH: SƠ ĐỒ CHỌN TIẾT DIỆN KHUNG TRỤC 3 I-4. LẬP SƠ ĐỒ TÍNH KHUNG NGANG: Tính khung ngang được thực hiện theo sơ đồ khung phẳng theo phương cạnh ngắn của công trình ( phương có độ cứng và độ ổn định kém hơn ). Mô hình hóa kết cấu khung thành các thanh đứng (cột) và các thanh ngang (dầm), liên kết cứng với nhau tại các nút và liên kết giữa cột với móng là ngàm tại mặt móng. Khung được tính theo sơ đồ đàn hồi, để đơn giản lấy nhịp tính toán bằng nhịp kiến trúc, ta có sơ đồ tính: SV: LÊ VĂN ĐIỆP MSSV:12520807001 10 ĐỒ ÁN BTCT2 GVHD: TS. NGUYỄN HỮU ANH TUẤN HÌNH: SƠ ĐỒ TÍNH KHUNG TRỤC 3 II. TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG II.1.CƠ SỞ XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG: - Các số liệu về tải trọng lấy theo TCVN 2737-1995 : Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế. - Hệ số tin cậy lấy theo bảng 1, trang 10 TCVN 2737 – 1995. - Trọng lượng riêng của các thành phần cấu tạo sàn theo “ Sổ tay thực hành kết cấu công trình ” – PGS.PTS.Vũ Mạnh Hùng. SV: LÊ VĂN ĐIỆP MSSV:12520807001 11 ĐỒ ÁN BTCT2 GVHD: TS. NGUYỄN HỮU ANH TUẤN 2 II.2.TĨNH TẢI VÀ HOẠT TẢI PHÂN BỐ TRÊN 1 m SÀN 15 100 20 10 GAÏCH CERAMIC VÖÕA LOÙT M50 BAÛN SAØN BTCT VÖÕA TRAÙT M50 HÌNH: MINH HỌA CÁC LỚP CẤU TẠO SÀN + Đối với sàn thường xuyên tiếp xúc với nước ( sàn vệ sinh,…) thì cấu tạo sàn còn có thêm lớp chống thấm. ♦ Tĩnh tải: g tt  g i tc .n i   i .i .n i Trong đó:  i : là chiều dày lớp thứ I (m); 3 i : trọng lượng riêng của lớp thứ i  daN / m  ; ni : hệ số vượt tải; g tt 2  daN / m  ; : tải trọng tính toán 2 g tc : tải trọng tính tiêu chuẩn daN / m ;   tt tc ♦ Hoạt tải: pi  pi ni Trong đó: 2 p tt : hoạt tải tính toán daN / m ;  SV: LÊ VĂN ĐIỆP  MSSV:12520807001 12 ĐỒ ÁN BTCT2 GVHD: TS. NGUYỄN HỮU ANH TUẤN 2 p tc : hoạt tải tiêu chuẩn daN / m ;   ni : hệ số vượt tải; TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN SÀN PHÒNG Ở Loại tải trọng Cấu tạo i (m)  daN / m  Gạch ceramic 0.01 2000 Lớp vữa lót 0.02 BTCT sàn Lớp vữa trát STT 1 2 Tĩnh tải ni i 3 g tc g tt  daN / m   daN / m  1.1 20 22 1800 1.2 36 43.2 0.1 2500 1.1 250 275 0.015 1800 1.2 27 32.4 Đường ống, thiết bị 40 40 Tổng tĩnh tải 373 412.6 200 240 573 652.6 2 2 3 4 5 Hoạt tải 1 Hoạt tải 1.2 Tổng SV: LÊ VĂN ĐIỆP MSSV:12520807001 13 ĐỒ ÁN BTCT2 GVHD: TS. NGUYỄN HỮU ANH TUẤN TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN BAN CÔNG, LÔGIA Loại tải trọng STT ni i i (m)  daN / m  3 g tc g tt  daN / m   daN / m  2 2 1 Gạch ceramic 0.01 2000 1.1 20 22 2 Lớp vữa lót 0.02 1800 1.2 36 43.2 3 Lớp chống thấm 0.03 2000 1.2 60 72 4 Lớp BTCT sàn 0.1 2500 1.1 250 275 5 Lớp vữa trát 0.015 1800 1.2 27 32.4 6 Đường ống, thiết bị 40 40 Tổng tĩnh tải 433 484.6 200 240 633 724.6 Tĩnh tải Hoạt tải Cấu tạo 1 Hoạt tải 1.2 Tổng SV: LÊ VĂN ĐIỆP MSSV:12520807001 14 ĐỒ ÁN BTCT2 GVHD: TS. NGUYỄN HỮU ANH TUẤN TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN SÀN VỆ SINH Loại tải trọng STT Cấu tạo ni i i (m)  daN / m  3 g tt  daN / m   daN / m  2 2 1 Gạch ceramic 0.01 2000 1.1 20 22 2 Lớp vữa lót 0.02 1800 1.2 36 43.2 3 Lớp chống thấm 0.03 2000 1.2 60 72 4 Lớp BTCT sàn 0.1 2500 1.1 250 275 5 Lớp vữa trát 0.015 1800 1.2 27 32.4 6 Đường ống, thiết bị 40 40 7 Tường trên sàn 130 156 563 640.6 200 240 763 880.6 Tĩnh tải 1.2 Tổng tĩnh tải Hoạt tải g tc 1 Hoạt tải 1.2 Tổng SV: LÊ VĂN ĐIỆP MSSV:12520807001 15 ĐỒ ÁN BTCT2 GVHD: TS. NGUYỄN HỮU ANH TUẤN TẢI TRỌNG MÁI Loại tải trọng STT Tĩnh tải Cấu tạo ni i i (m)  daN / m  3 1 Hoạt tải g tt  daN / m   daN / m  2 Mái tôn, xà gồ bằng gỗ Hoạt tải g tc 1.1 Tổng 2 17 17 30 33 47 50 BẢNG TỔNG HỢP TĨNH TẢI TÁC DỤNG LÊN CÁC SÀN STT LOẠI SÀN CÔNG TRÌNH g tc T g tt T  daN / m   daN / m  2 2 1 Sàn phòng ở 373 412.6 2 Sàn ban công, lôgia 433 484.6 3 Sàn vệ sinh 563 640.6 4 Mái tôn 17 17 BẢNG TỔNG HỢP HOẠT TẢI CHO TỪNG BỘ PHẬN CÔNG TRÌNH STT LOẠI SÀN CÔNG TRÌNH p tc p tt  daN / m   daN / m  2 2 1 Sàn phòng ở 200 240 2 Sàn ban công, lôgia 200 240 3 Sàn vệ sinh 200 240 4 Mái tôn 30 33 SV: LÊ VĂN ĐIỆP MSSV:12520807001 16 ĐỒ ÁN BTCT2 GVHD: TS. NGUYỄN HỮU ANH TUẤN Tải trọng 1m2 tường: Tường dày 200: TT Tải trọng tường xây Các lớp VL Tường xây 1 1800*0.2 gtc (daN/m2) n gtt (daN/m2) 360 1.1 396 48 1.2 57.6 Vữa trát 2 mặt dày 30mm 2 1600*0.03 Tổng cộng 408 453.6 Tường dày 100: TT Tải trọng tường xây Các lớp VL Tường xây 1 1800*0.1 gtc (daN/m2) n gtt (daN/m2) 180 1.1 198 48 1.2 57.6 Vữa trát 2 mặt dày 30mm 2 1600*0.03 Tổng cộng 228 255.6 II.3. TẢI TRỌNG TRUYỀN VÀO KHUNG: ♦ Tĩnh tải: ☼ Tường: Tường 200 phân bố đều trên dầm chính bao ngoài công trình: ◊ Dầm dọc (200×300) : g t tt 453.6  3.4  0.3 1406.16  daN / m  ◊ Dầm ngang (250×600) : ; gt tt 453.6  3.9  0.6  1270.08  daN / m  ; Tường 100 phân bố đều trên dầm chính: ◊ Dầm dọc (200×300) : SV: LÊ VĂN ĐIỆP gt tt 255.6  3.4  0.3 792.36  daN / m  MSSV:12520807001 ; 17 ĐỒ ÁN BTCT2 GVHD: TS. NGUYỄN HỮU ANH TUẤN ◊ Dầm ngang (250×600) : gt tt 255.6  3.4  0.6  715.68  daN / m  ; Tường 100 xây trên đà kiềng: tt g t tt g t100  H t  h d  255.6  4.3  0.3 1022.4  daN / m  ☼ Nhịp AB ở các tầng là hành lang nên không có tường xây bên trên. HÌNH: SƠ ĐỒ TRUYỀN TẢI CỦA SÀN LÊN DẦM ☼ Lực tập trung tại nút khung đà kiềng: G1 g t L 10.224 4 40.896  kN  5Lực tập trung tại nút A: SV: LÊ VĂN ĐIỆP MSSV:12520807001 18 ĐỒ ÁN BTCT2 GVHD: TS. NGUYỄN HỮU ANH TUẤN GA  g s1 1.3  0.7  2   g d L 4.846 1.3  0.7  2   1.1 25 0.2  0.3  0.1 4 20.309  kN  Lực tập trung tại nút B: GB  g s1 1.3 2.7  g s 2 4  g d L  g t L 4.846 1.3 2.7  4.126 4  1.125 0.20  0.3  0.1 4  7.9236 4 68.508  kN  Lực tập trung tại dầm phụ giao với dầm chính: GE  g s 2 4 2  g d L 4.126 4 2  1.1 25 0.2  0.3  0.1 4 36.308  kN  Lực tập trung tại nút C: GC g s 2 4  g s 3 1.6 2.4  g d L  g t L 4.126 4  6.406 1.6 2.4  1.1 25 0.2  0.3  0.1 4  7.9236 4 76.097  kN  Lực tập trung tại nút D: GD g s 3 1.6 2.4  g d L  g t L 6.406 1.6 2.4  1.1 25 0.2  0.3  0.1 4  14.0616 4 84.145  kN  ☼ Lực phân bố nhịp: Nhịp A-B: do sàn S1 truyền vào dạng tam giác: g1  g s1 2.6 4.846 2.6 12.599( kN / m) Nhịp B-C: do sàn S2 truyền vào dạng hình thang và tường truyền vào dạng phân bố đều: g 2  g s 2 4 4.126 4 16.504( kN / m) gt 2 7.1568(kN / m) Nhịp C-D: do sàn S3 truyền vào dạng tam giác và tường truyền vào dạng phân bố đều: g3 g s 3 3.2 6.406 3.2 20.499( kN / m) gt 3 7.9236(kN / m) SV: LÊ VĂN ĐIỆP MSSV:12520807001 19 ĐỒ ÁN BTCT2 GVHD: TS. NGUYỄN HỮU ANH TUẤN ☼Tải trọng truyền vào dầm mái: Tĩnh tải trên mái đưa về phân bố đều: g m 0.17 4 0.68(kN / m) HÌNH: SƠ ĐỒ TĨNH TẢI TÁC DỤNG LÊN KHUNG TRỤC 3  kN;kN / m  ♦ Hoạt tải: SV: LÊ VĂN ĐIỆP MSSV:12520807001 20