Đồ án Bê Tông Cốt Thép 2 ĐH Bách Khoa - 123doc

Đồ án bê tông cốt thép 2 tham khảo của sinh viên Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh, Mô tả chi tiết tính toán tiết diện, tải trọng và lên mô hình một khung công trình dân dụng. Phân tích nội lực, sử dụng nội lực để tính toán, thiết kế kết cấu thép từng cấu kiện. Kiểm tra cấu kiện theo các trạng thái giới hạn theo tiêu chuẩn việt nam.

+ chiều cao tầng 4m+ L1 =4.5m, L2 =7m, L3

=2.4m, L4 = 1.5m

+ địa điểm xây dựng:

Vũng Tàu

II. VẬT LIỆU SỬ DỤNG

Bê tông: B20 có Cốt thép: CI có

Khối lượng bê tông sàn chiếm (30-40)% công trình

Trọng lượng bê tông sàn là tĩnh tải chính, trong nhà nhiều tầng sàn càng nặng thì tảitrọng tác dụng xuống móng lớn làm gia tăng chi phí cho sàn và móng

Khối lượng sàn lớn làm tăng tải trọng gió động và động đất

 Lựa chọn giải pháp sàn nhẹ phù hợp với kiến trúc là tối ưu

Giải pháp kết cấu sàn hợp lí là sự hòa hợp giữa 3 yếu tố : Kết cấu+ Kiến trúc+ Kinh

tế Nó quyết định sơ đồ truyền tải trọng từ sàn lên khung và sự phân bố nội lực trong khung

 Các phương án thiết kế sàn cho khung nhà

- Sàn panel lắp ghép: mặt bằng đơm giản, bước cột đều và >4m

+ Ưu điểm: sản xuất công nghiệp, chi phí thấp, không tốn coppha, thi công

nhanh

+ Khuyết điểm: không dùng cho mặt bằng đa dạng, độ cứng tổng thể nhỏ, chi

tiết cấu tạo phức tạp

- Sàn không dầm (sàn nấm): Bản sàn tựa trực tiếp lên cột

+ Ưu điểm: giảm được chiều cao kết cấu, thi công ván khuôn đơn giản, bố trí

cốt thép dễ dàng

+ Khuyết điểm: Khi chịu tải trọng thẳng đứng, bản sàn có thể bị phá hoại cắt

theo kiểu bị cột đâm thủng, do đó sàn phải có chiều dày lớn hoặc thiết kế mũ cột để đảm bảo điều kiện chống xuyên thủng Trong phương án này, các cột không được liên kết với nhau để tạo thành hệ khung do đó độ cứng sẽ nhỏ hơn

so với phương án sàn dầm, khả năng chịu tải trọng theo phương ngang kém hơn so với phương án sàn dầm

- Sàn sườn toàn khối (sàn dầm): Cấu tạo gồm có hệ dầm và bản sàn, đang được dùng phổ biến

Loại không có dầm phụ: bố trí dầm qua cột, thích hợp cho bước cột ≤6m

+ Ưu điểm: thuận tiện thi công, không đóng trần

+ Khuyết điểm: chiều dày lớn, phải khống chế điều kiện độ võng

Bố trí thêm dầm phụ: chia nhỏ ô sàn và đỡ tường

+ Ưu điểm: chiều dày nhỏ, đảm bảo điều kiện độ võng

+ Khuyết điểm: tăng chi phí coppha, đóng trần

- Từ ưu nhược điểm của các phương án sàn và mặt bằng bố trí công trình cùng kích thước lưới cột thì phương án sàn hợp lí là phương án sàn dầm không có dầm phụ

2. Chọn sơ bộ các kích thước tiết diện:

Hệ dầm được bố trí như sau:

Chọn sơ bộ tiết diện:

+ Chiều dày sàn

+ Dầm D1: 350x200 mm, dầm D2: 450x200 mm, dầm môi D3: 300x200 mm

trọnglượngriêng

tải tiêuchuẩn tin cậyhệ số tải tínhtoán

tĩnh tảihoànthiện

chiềudày

trọnglượngriêng

tải tiêuchuẩn

hệ sốtin cậy

tải tínhtoán

tĩnh tảihoànthiện

4. Xác Định Nội Lực Sàn

a. Tính theo phương pháp tra bảng

Hệ ô sàn được phân chia như sau

loại sàn Ô bản L2 (m) L1 (m) L2/L1 làm việcô bản loại ô bản Tính theo ôsốvăn

phòng

2

Ô

bản

q(kN/m2) P (kN)

các hệ số và mô men tương ứng

So sánh sự khác nhau về nội lực theo 2 phương pháp giải.

Biểu đồ momen

- Ta nhận thấy sự khác rõ rệt về nội lực khi giải theo 2 phương pháp khác nhau

Sự khác nhau và nguyên nhân:

+ nội lực tại ô ban công giải theo etabs có nội lực khá lớn, mô men tại gối lớn, điều này là hợp lý bởi đối với 2 ô bản cạnh nhau nếu mô men tại gối của 2 ô bản này khác nhau sẽ dẫn tới dầm có khả năng bị xoắn do đó phân phối lại

moment trong sàn, nên các momen trong hai ô sàn ở hai bên dầm thường bằng nhau

+ giá trị nội lực tại các ô bản theo 2 phương pháp là khác nhau, điều này cũng là

dễ hiểu: nội lực tính theo phương pháp tra bảng là xét từng ô làm việc độc lập, trong khi sự làm việc của các ô sàn là có ảnh hưởng tớ sự phát sinh nội lực của nhau Hệ ô sàn đa dạng về công năng, kích thước, và tải trọng dẫn tới sự khác nhau về nội lực giữa các ô bản, gây ảnh hưởng tới các ô lân cận trong sàn còn có

cả lỗ trống cầu thang xe kẽ

+ khi giải ô sàn độc lập, ta lấy liên kết theo tỉ số chiểu cao tiết diện sàn-dầm, việc lấy liên kết theo các mốc tỉ số tiết diện là không chính xác Tính ra liên kết khớp nhưng trên thực tế liên kết tại đó không hẳn là khớp, hay ngàm cụ thể Mà nó là

sự giao thoa, ảnh hưởng của nhiều loại liên kết khác nhau

Từ những nguyên nhân trên, ta thấy sự khác nhau về nội lực ở 2 phương pháp giải

là hợp lý Ta nên tính toán theo phương pháp giải bằng etabs, vì nó đem đến kết quả gần với thực tế hơn

Biểu đồ mô men sàn theo phương Y.

5. Tính Và Bố Trí Cốt Thép Cho Sàn

Chọn nội lực giải bằng etabs để tính và bố trí cốt thép

Trình tự tính toán như sau Điển hình cho giá trị mômen M = 6.27 kNm

=>chọn d6/8a170 với As=231mm2

Vậy cốt thép đã chọn là thỏa mãn

Tính toán tương tự ta có được kết quả tính và bố trí cốt thép tại các tiết diện ô sàn như

trong bảng

6. Kiểm Tra Nứt Cho Ô Sàn

- Chọn ô sàn OS5 để kiểm tra nứt, vì ô sàn này có mô men lớn nhất tính nứt như ô sàn độc lập

- Tính nứt theo TCVN 5574-2012, vết nứt thẳng góc với trục cấu kiện

- Tải dùng để tính toán nứt là tải tiêu chuẩn

- Tính nứt cho cấu kiện chịu uốn

- Theo phương cạnh ngắn của ô bản ta cắt 1 dãy bề rộng b=1000mm, ta được dãy bản xem như dầm chịu uốn có kích thước với hai đầu liên kết đều là ngàm:

a. Kiểm tra điều kiện nứt

- Điều kiện để cấu kiện không nứt :

cường độ chịu kéo của BT theo TTGH II, với BT B20:

Mômen do ứng lực, sàn không ứng lực:

Mômen kháng uốn của tiết diện với thớ chịu kéo

Mômen quán tính đối với trục trung hoà của diện tích vùng BT chịu nénMômen quán tính đối với trục trung hoà của diện tích vùng cốt thép chịu kéo

Mômen quán tính đối với trục trung hoà của diện tích vùng cốt thép chịu nén

x Chiều cao vùng tiết diện chịu nénα

Tỉ số môdule đàn hồi

Xét Tiết Diện Giữa nhịp

Cốt thép thớ chịu nén coi như không có:

Diện tích tiết diện cốt thép thớ chịu kéo

Xác định các giá trị-

Diện tích tiết diện quy đổi :

Moment tĩnh của lấy đối với trục qua mép chịu nén:

Khoảng cách từ trọng tâm tiết diện đến mép chịu nén:

Moment tĩnh của vùng bê-tông chịu kéo lấy đối với T.T.H:

Moment quán tính lấy đối với T.T.H của diện tích vùng bê-tông chịu nén:

Moment quán tính lấy đối với T.T.H của diện tích cốt thép chịu kéo:

Moment quán tính lấy đối với T.T.H của diện tích cốt thép chịu nén:

Moment kháng uốn dẻo của tiết diện tính theo mép chịu kéo:

Moment chống nứt của tiết diện

- Moment do ngoại lực

Kết luận: tiết diện không nứt

Xét tiết diện gối.

Tính toán tương tự như tiết diện giữa nhịp, ta có kết quả như sau

b. Kiểm tra sự mở rộng khe nứt thẳng góc

Bề rộng khe nứt được tính toán theo công thức:

là chiều rộng khe nứt thẳng góc (mm)

là hệ số tùy thuộc loại cấu kiện (với cấu kiện chịu uốn )

là hệ số xét đến tính chất tác dụng của tải trọng ( với tải ngắn hạn,

với tải dài hạn, bê-tông nặng trong điều kiện tự nhiên)

là hệ số xét đến tính chất bề mặt cốt thép ( với thép thanh tròn trơn)

=2E5Mpa là module đàn hồi của cốt thép

là hàm lượng cốt thép chịu kéo

d là đường kính cốt thép chịu kéo tính bằng mm,

là ứng suất trong các thanh cốt thép chịu kéo lớp ngoài cùng

Đối với cấu kiện chịu uốn Trong đó:

là moment tiêu chuẩn(do tải trọng tiêu chuẩn gây ra)

là diên tích cốt thép chịu kéo.

z là khoảng cách từ trọng tâm CT chịu kéo đến điểm đặt hợp lực vùng nén:

là hệ số xét đến ảnh hưởng của bản cánh chịu nén và của cốt thép chịu nén

, là hệ số đặc trưng đàn hồi dẻo của bê-tông vùng nén, với BT nặng, tải ngắn hạn , với tải dài hạn khi độ ẩm môi trường dưới 40%

, chiều cao tương đối của BT vùng nén tại tiết diện nứt:

(Với là chiều cao vùng BT chịu nén, a là khoảng cách từ trọng tâm toàn bộ cốt thép chịu kéo đế mép BT chịu kéo nhiều nhất, a2 là khoảng cách từ trọng tâm lớp cốt thép chịu kéo ngoài cùng đến mép BT chịu kéo nhiều nhất)

 Tính bề rộng khe nứt do tác dụng dài hạn của tải trọng thường xuyên và tải tạm thời

dài hạn.

đối với cấu kiện chịu uốn

hàm lượng cốt thép chịu kéo

tác dụng dài hạn của tải trọng, bê tông nặng, trong điều kiện tự nhiên

thép tròn trơnd=10mm đường kính thépmoment tiêu chuẩn ứng với tải trọng thường xuyên và hoạt tải dài hạn

 Bề rộng khe nứt do tác dụng ngắn hạn của tải trọng tạm thời.

Tính toán tương tự như phần trên ta có kết quả như sau

7. Kiểm Tra Võng Cho Ô Sàn.

Độ võng tại tiết diện không xuất hiện vết nứt trong vùng chịu kéo.

Xét ô bản số 5, cắt bề rộng 1m theo phương cạnh ngắn sơ đồ tính là dầm liên kết

2 đầu ngàm, tải phân bố đều

a. Độ cong toàn phần tại tiết diện tính

Công thức tính:

+ Với là độ cong toàn phần + Với là độ cong do tải trọng tạm thời ngắn hạn

+ Với là độ cong do tải tác dụng dài hạn:

, moment do ngoại lực tương ứng (ngắn hạn và dài hạn) đối với trục vuông góc với mặt phảng tác dụng của moment và đi qua trọng tâm tiết diện quy đổi+ Eb moment đàn hồi của bê tông

+ Ired moment quán tính của tiết diện quy đổi

là hệ số từ biến ngắn hạn của bê tông, lấy = 0.85 đối với bê tông nặng

là hệ số ảnh hưởng của từ biến dài hạn của bê tông đến cấu kiện có khe nứt, lấy

= 2 đối với bê tông nặng trong môi trường độ ẩm Moment quán tính quy đổi đối với trục trung hòa:

*Độ cong do tải ngắn hạn

*Độ cong do tải dài hạn

*Độ cong tổng cộng

b. Độ võng của sàn:

Với liên kết và tải trọng tác dụng đã có, ta có được hệ sô

Vậy ô bản thỏa mãn điều kiện về độ võng

IV. THIẾT KẾ KHUNG TRỤC C.

Sử dụng phần mềm etabs để tính toán nội lực cho công trình

1. Tiết Diện Sơ Bộ Đã Chọn.

- Kích thước tiết diện sơ bộ dầm đã chọn:

+ D1-200x400, D2-250x500, D3-200x300

- Kích thước tường bao:

+ tường biên: bề dày 200 mm+ tường ngăn trên dầm: bề dày 100 mm

- Kích thước cột:

+ cột biên: 300x300 mm+ cột giữa: 350x350 mm

- Bề dày sán 120 mm

2. Tải Trọng Khai Báo.

- Tải trọng được nhập vào etabs là tải trọng tiêu chuẩn hệ số vượt tải được nhân vào khi tổ hợp nội lực

- Trọng lượng bản thân dầm, sàn, cột được gán sẵn trong etabs

- Tĩnh tải hoàn thiện được lấy như trong phần tính tải sàn

- Trọng lượng bản thân tường: phân bố đều trên chiều dài dầm

Tường bao: nhân thêm với hệ số giảm tải n = 0.7 do phần lỗ cửa

+ theo phương ngang:

+ theo phương dọc :

Tường ngăn:

+ theo phương ngang:

+ theo phương dọc :

- Hoạt tải gió

Địa điểm xây dựng: Vũng TàuThuộc vùng gió IIA, chọn dạng địa hình ATra tiêu chuẩn TCVN 2737:1995 ta có tải gió tiêu chuẩn là:

Hệ số vượt tải n = 1.2

Hệ số khí động c cho cả mặt hút lẫn đẩy là

lần lượt là bề rộng đón gió theo phương x và phương y

Hệ số k tra theo độ cao và dạng địa hình

Ta có bảng tải trọng gió như sau:

+ tải gió theo phương –yTải gió đặt tập trung tại cao trình sàn

3. Tổ Hợp Tải Trọng

*) Các trường hợp chất tải cho khung không gian.

(1) tĩnh tải chất đầy(2) hoạt tải chất đầy(3) hoat tải chất cách nhịp theo phương ngang(4) hoạt tải chất cách nhịp theo phương dọc

(7) gió -X

Từ đây ta có bảng tổ hợp tải trọng dựa theo TCVN 2737:1995 như sau:

tổ hợp trên hai hoạt tải thì phải nhân với hệ số tổ hợp 0.9 cho hoạt tải

BẢNG TÔ HỢP NỘI

LỰC TTS(1) HT(2) HT1(3) HT2(4)

GIOX(5)

GIOY(6)

GIOTX(7)

GIOTY(8)ký

Trong đó:

- TCTP: Là tổ hợp tải toàn phần tiêu chuẩn, dùng để tính võng, nứt cho dầm sàn

- TCDH: Là tổ hợp tĩnh tải thường xuyên và hoạt tải dài hạn (HT3), dùng để tính võng nứt dầm, sàn

- BAO: Là tổ hợp bao nội lực

 THIẾT KẾ DẦM KHUNG TRỤC C

1. Tiết Diện Tính Toán.

- tiết diện tính toán của dầm là tiết diện chữ T

- bề rộng bản cánh được tính toán như sau:

Vậy Kích thước tiết diện chứ T được xác định

2. Tính Toán Cốt Thép.

*) tính toán cốt thép cho dầm có moment lớn nhất từ biểu đồ bao

Tại vị trí có moment âm, tiết diện tính toán là tiết diện chữ nhật nhỏ bxh = 0.25x0.5 m

thép dọc cho dầm

- tính toán bài toán cốt đơn chịu lực

Ta có trục trung hòa qua cánh, tính toán theo tiếp diện chữ nhật lớn.

- tiến hành tính toán cốt thép:

Như vậy:

Chọn 2d18 + 2d16 có

- Kiểm tra hàm lượng min, max:

- Ta dùng bảng excell tính thép cho dầm với tất cả các giá trị nội lực lấy ra từ trường hợp tải trọng bao.Từ các giá trị tính thép ta chọn trường hợp thép lớn nhất với mỗi dầm để bố trí

gối 2 -66.1 0.114 0.121 559 2 18 1 16B31

Tính toán cốt thép ngang cho dầm:

a. Tính toán điển hình cho dầm B29 tầng 1

- Giá trị lực cắt lớn nhất trong dầm: Q = 112 kN

- Xác định khả năng chịu cắt của bê tông khi không có cốt thép đai:

Trong đó: + đối với bê tông nặng + đối với cấu kiện chịu uốnVậy

 Bê tông chưa đủ khả năng chịu cắt, cần tính toán cốt đai

- Chọn cốt đai có đường kính , số nhánh cốt đai n = 2 có

- Kiểm tra điều kiện cấu kiện không bị phá hoại dưới ứng suất nén chính:

giả thiết (vì chưa biết bước cốt đai s) + với đối với bê tông nặng, vậy

Vậy

 Ta có tiết diện không bị phá hoại

- Xác định chiều dài hình chiếu tiết diện nghiêng nguy hiểm

với không chịu ảnh hưởng của cánh chịu nén, đối với bê tông nặng

Với C* > 2h0 để tiết diện làm việc theo điều kiện nguy hiểm nhất ta chọn:

+ khoảng cách cốt đai theo tính toán:

+ khoảng cách lớn nhất giữa 2 cốt đai nhằm đảm bảo cho tiết diện nghiêng cắt qua ít nhất 1 lớp cốt đai

+ khoảng cách cốt đai theo cấu tạo:

Đoạn dầm gần gối tựa (lấy )

khi h > 450 mm ; vậy ta có Đoạn dầm giữa nhịp:

khi h > 300 mm ; vậy ta có

Ta có bước cốt đai: từ đó ta chọn cốt đai như sau:

+ tại vị trí gần gối tựa chọn + tại vị trí giữa nhịp chọn

- Kiểm tra điều kiện chịu cắt của cốt đai và bê tông.

+ khả năng chịu cắt của 1 cốt đai

+ hình chiếu tiết diện nghiêng nguy hiểm:

Chọn C = C* và C0 = 2h0 + khả năng chịu cắt của bê tông và cốt đai

Ta có  bê tông cốt đai đủ khả năng chịu cắt, không cần tính cốt xiên chịu lực

Tính toán tương tự với các dầm còn lại, ta có được bảng tính toán cốt đai như sau:

BẢNG TÍNH CỐT NGANG CHO DẦMchọn sơ bộ

dầm Q Qbo cốt đai chọn cốt đai 0.7Qmc

kiểm tratiết diện β = 0.01

đối với bê tông nặng

B29 112 60.75 tính toán 8 2 50 240.4 OK ϕb2 = 2 đối với bê tông nặngB30 108.02 60.75 tính toán 8 2 50 240.4 OK ϕb3 = 0.6 đối với bê tông nặngB31 33.14 60.75 cấu tạo 8 2 50 240.4 OK ϕb4 = 1.5 đối với bê tông nặngB32 93.54 60.75 tính toán 8 2 50 240.4 OK

tính toándầm C* (m)

chọn cho đk bất lợi

(m) Qbmin Qb qsw bước cốt đai yêu cầu (mm)

Co (m) C (m) kN kN kN/m Stt Smax Sct gối Sct nhịp Smin chọn L/4B29 1.63 0.9 1.63 60.75 60.75 67.50 130 610 167 375 130

B30 1.69 0.9 1.69 60.75 60.75 67.50 130 633 167 375 130

B31 5.50 0.9 5.50 60.75 60.75 67.50 130 2062 167 375 130

B32 1.95 0.9 1.95 60.75 60.75 67.50 130 731 167 375 130

kiểm tradầm qsw C*(m) tra bảng Qbsw kiểm tra

kN/m Co (m) C (m) kN ϕn = 0 cấu kiện chịu uốn

B29 79.97 1.59 0.9 1.59 132.72 không cần tính

cốt xiên ϕw1 = 1 giả thiết trong đoạn [1

: 1.3]

B30 79.97 1.59 0.9 1.59 132.72 không cần tínhcốt xiên ϕw1 = tính toán

B31 79.97 1.59 0.9 1.59 132.72 không cần tínhcốt xiên ϕn = 0 cấu kiện chịu uốn

B32 79.97 1.59 0.9 1.59 132.72 không cần tínhcốt xiên

3. Kiểm tra nứt cho dầm.

Chọn dầm chịu mô men lớn nhất, tính toán điều kiện võng nứt cho dầm

a. Kiểm tra sự điều kiện chống nứt của dầm

- Điều kiện để cấu kiện không nứt :

- Ta có các thông số:

- Xác định các đặc trưng hình học theo đàn hồi

Tính nứt điển hình cho dầm B29, tiết diện ngay nhịp.

+ Diện tích tiết diện quy đổi:

+ Moment tĩnh đối với mặt chịu nén của tiết diện quy đổi

+ Khoảng cách từ trục trung hòa tới bề mặt chịu nén của tiết diện

+ Moment tĩnh của vùng bê-tông chịu kéo lấy đối với T.T.H:

+ Moment quán tính lấy đối với T.T.H của diện tích vùng bê-tông chịu nén:

+ Moment quán tính lấy đối với T.T.H của diện tích cốt thép chịu kéo:

+ Moment quán tính lấy đối với T.T.H của diện tích cốt thép chịu nén:

+ Moment kháng uốn dẻo của tiết diện tính theo mép chịu kéo:

+ Giá trị moment chống nứt:

 tiết diện bị nứt

Xác định điều kiện chống nứt tương tự cho các dầm còn lại ta được bảng sau:

0.021

gối 0.0154 0.0003 0.000128 0.000005 0.0229 32.00 148.7- nứtB30 nhịp 0.0158

0.000

3 0.000071

0.000004

0.020

gối 0.0154 0.0003 0.000128 0.000005 0.0229 32.00 142.7- nứtB31

nhịp 0.0160 0.0002 0.000038 0.000003 0.0192 26.82 -26.4 ko nứtgối 0.0159 0.000

2 0.000057

0.000004

0.019

B32

nhịp 0.0158 0.0003 0.000071 0.000004 0.0205 28.65 92.2 nứtgối 0.0156 0.0003 0.000093 0.000005 0.0214 29.95 106.3- nứt

b. Tính bề rộng vết nứt Các thông số để tính nứt như sau

Ký