Đồ án xây dựng dân dụng và công nghiệp (1)

ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP Đề Bài: Thiết kế khung ngang nhà BTCT tồn khối có kiến trúc hình vẽ (tính khung ngang trục 3) Số liệu thiết kế: ICa1W1 Sơ đồ L1 (m) L2 (m) 6,7 3,2 B(m) 4,2 Địa điểm xây dựng TP Hải Phũng sơđồ 1: TR ờng học mặt tầng 2,3 11 11 HµNH LANG 10 PHß NG Hä C PHß NG Hä C A PHß NG Hä C B C mặt cắt a-a sơđồ I a a PHò NG Hä C Hµ NH LANG wc A SVTH: B C ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP Lựa chọn giải pháp kết cấu thiết lập mặt kết cấu: 1.1 Lựa chọn giải pháp kết cấu - Chọn vật liệu sử dụng: - Sử dụng bê tơng cấp độ bền B20 có: Rb = 11,5 MPa; Rbt = 0,9 MPa - Sử dụng thép có: + Nếu  ≤10 mm dùng thép CB240T có : Rs = Rsc = 210 Mpa; Rsw = 170 Mpa + Nếu  > 10 mm dùng thép CB300V có: Rs = Rsc = 260 Mpa - Lựa chọn giải pháp kết cấu sàn: Chọn giải pháp sàn sườn tồn khối, khơng bố trí dầm phụ, có dầm qua cột 1.2 Thiết lập mặt kết cấu 1.2.1 Chọn sơ chiều dày sàn Chọn kích thước sàn vào cạnh ô D m Chiều dày sàn tính theo công thức: hs  l - Trong : L: Chiều dài cạnh ngắn ô sàn m = (3035) cho loại dầm, m = (3545) cho kê bốn cạnh D = (0,81,4) Hệ số phụ thuộc tải trọng tác dụng lên Tính cho sàn phịng (l1xl2 = 4200x6700mm) tầng điển hình Ta có: l2 6700 = = 1, 150 mm nên bố trí đai nhánh h Với h= 700mm lấy s ct  Min( ;500mm)  233mm Chiều cao tính tốn cốt đai : h0 = h -c = 700-40 = 660 mm Đường kính thép dọc lớn 22, chọn đường kính cốt đai 6mm ≥ 22/4 = 5,5 mm Kiểm tra điều kiện hạn chế: Q  0,3. w1. b1.R b b.h o (1) Trong đó: + w1: hệ số kể đến ảnh hưởng cốt thép đai đặt vng góc với trục dầm w1   5.. w  1,3 E s 21.10     7,8 Với : E b 27.103 A  w  sw với b= 220mm bs Giả thiết thép đai sử dụng tính tốn 6a150 A  28,3  17,15  104   w  sw  bs 220  150 4 → w1       w    7,8  17,15  10  1,067  1,3 + b1 =1- 0,01×Rb = 1- 0,01×11,5 = 0,885 →VP = 0,3×1,067×0,885×9×103×0,22×0,66 = 246,8 (kN) Do Qmax= 129,83 kN < VP = 246,8 kN nên đảm bảo điều kiện chịu ứng suất nén bụng dầm Kiểm tra điều kiện tính tốn: b4 (1  n ).R bt b.h o2 (2) Q c Trong VP phải thỏa mãn điều kiện: b3 (1  n ).R bt b.h o  VP  2,5.R bt b.h o (3) Với b3= 0,6 b4= 1,5 Bê tông nặng Hệ số n xét đến ảnh hưởng lực dọc, n = c: hình chiếu tiết diện nghiêng trục dầm, lấy giá trị cực đại c= 2h o Thay vào (2) ta có: SVTH: 34 ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP b4 (1  n ).R bt b.h o2 VP   0, 75.R bt b.h o 2.h o VP = 0,75×0,9×103×0,22×0,66 = 98,01 (kN) Do Qmax=129,83 kN >VP = 98,01 kN nên cần tính tốn cốt đai chịu lực cắt cho dầm →Tính: q sw = 0, 25 Rbt b = 0, 25 ´ 0,9 ´ 220 = 49,5 (kN/m) R sw A sw 170  56,   64,15(kN / m) S 150 →Chọn khoảng cách cấu tạo gữa cốt đai: 64,15 qsw = Max   qsw = 64,15(kN / m) 49,5 Kiểm tra điều kiện độ bền tiết diện nghiêng Q  Q b  Qsw Trong đó: + Qb: lực cắt riêng bê tông chịu xác định: b2 (1  f  n ).R bt b.h o2 Qb  c + Q : lực cắt cốt đai chịu Qsw  qsw co qsw  sw b2   n  f  R bt bh 02 1,5R bt bh 02 1,5  0,9  220  6602 C     1420(mm) q sw q sw 64,15 C* =1420 mm > 2h0 = 2×660 =1320 mm nên lấy c = C0 = 2h0 = 1320 mm; tính theo cơng thức:  (1  n  f ).R bt b.h o2 1,5.R bt b.h o2 Qu  b  0,75.q sw C0   0,75.q sw Co C C * 1,5  0,9  220  660  0,75  64,15  1320  98,01 103 (N)  63,51 103 (N) 1320 Q u  161,5(kN) Qu  Do Qmax= 129,83 kN < Qdb=161,5 kN nên bố trí cốt đai 6a150 đủ khả chịu lực cắt Trong phạm vi chiều dài ¼ dầm kể từ mép cột phải đặt 6a150, đoạn lại đặt 6a300 6.1.5 Tính cốt thép đai cho dầm tầng 1, Nhịp BC (bxh = 22x35 cm) Từ bảng tổ hợp ta chọn lực cắt nguy hiểm cho dầm: Q = 51,22 (kN) c = 4cm, h0= 35 - = 31 cm -/ KiĨm tra ®iỊu kiƯn tÝnh cèt ®ai: Trong ®ã: Qmax = 51,22 (kN) Qbmin = 0,5.R bt b.h0 = 0,5´ 0,9´ 220´ 310´ 10- = 30,69(kN) 0,3.R b b.h0 = 0,3´ 11,5´ 220´ 310´ 10- = 235,3(kN) SVTH: 35 ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP Phải tính cốt đai -/ Tính cốt đai: Do dầm chịu tải nên chọn cốt đai trớc thực toán kiểm tra Nh chọn cốt đai số nhánh n=2 vµ chän s=150 mm A R 56,6´ 170 qsw = sw sw = = 64,15(kN / m) S 150 1,5R bt b.h02 1,5´ 0,9´ 220´ 3102 * C = = = 667(mm) qsw 64,15 C* = 667 (mm) > 2h0= 620 (mm) Chọn c = c0 = 2h0 = 620 mm Tính toán khả chịu cắt cửa bê tông cốt đai: Qu = Qb + Qsw (1  n  f ).R bt b.h o2 1,5.R bt b.h o2 Q u  b2  0,75.q sw C   0,75.q sw C o C C 1,5  0,9  220  310  0,75  64,15  620  46,035  103 (N)  29,83  103 (N) 620 Q u  75,865(kN) Qu = 75,864 kN> Qmax = 51,22 kN Đảm bảo khả chịu lực cắt Vậy chọn cốt đai 6a150 bố trí suốt chiều dài dầm Qu 6.2 Tớnh tốn cốt thép cột 6.2.1 Tính tốn cốt thép cho cột trục A – tầng 1: bxh=22x40 *.Số liệu tính tốn Chiều dài tính tốn cột l0  .H  0,7  392,5  275 cm h0 = 40 -4 = 36 cm  Za  h  a  36-4 = 32 cm l 275  6,87  Bỏ qua ảnh hưởng uốn dọc Độ mảnh cột :  h   h 40 + Độ lệch tâm ngẫu nhiên : H h 392,5 40 ea  max( ; )  max( ; )  1,33(cm) 600 30 600 30 Từ bảng nội lực chọn cặp nội lực gây bất lợi nhất: Kí hiệu Kí hiệu Đặc điểm M N e1=M/N ea eo=max(e1,ea) cặp nội bảng cặp nội (KN.m) (KN) (cm) (cm) (cm) lực tổ hợp lực 1-10 emax 104,82 374,08 28,02 1,33 28,02 M max 1-9 1,33 119,47 657,72 18,16 18,16 1-14 Nmax 110,82 729,03 15,20 1,33 15,20 * Tính tốn cốt thép đối xứng cho cặp 1: SVTH: 36 ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP M = 104,82 (kN.m) N = 374,08 (kN) Hệ số uốn dọc: h = + e =  eo + h/2 – a =1×28,02 + 40/2 – = 44,02 (cm) N 374,08  100 + x = = 14,79 (cm) Rb b 115  22 Sử dụng bêtơng cấp độ bền B20 thép CB300V có R = 0,623 + R h0 = 0,623×36 = 22,43 (cm) + Xảy trường hợp x < R h0 Lệch tâm lớn + Cốt thép cột tính tốn theo công thức: N(e  0,5x  h ) 374,08  100  (44,02  0,5 14,79  36) A s  AS'    6,72(cm ) R sc Za 2600  32 * Tính tốn cốt thép đối xứng cho cặp 2: M = 119,47 (kN.m) N = 657,72 (kN) Hệ số uốn dọc: h = + e =  eo + h/2 – a =18,16 + 40/2 – = 34,16 (cm) N 657,72x100 + x = = 26,0 (cm) Rb b 115x22 + R h0 = 0,623x36 =22,43 (cm) + Xảy trường hợp x > R h0 ,nén lệch tâm bé Tính lại x theo phương trình bậc (theo GS Nguyễn Đình Cống): x3 + ax2 + bx + c = Trong đó: a = - (2+xR ).h0 =- (2+ 0,623)x36 = - 94,428 2.N.e 2x657,72´ 100´ 34,16 + 2.xR h02 + (1- xR )h0Za = + 2´ 0,623´ 362 + (1- 0,623)´ 36´ 32 R b 115 ´ 22 b= b = 3825,434 - N[2.e.xR + (1- xR ).Za ].h0 - 657,75´ 100´ [2´ 34,16´ 0,623+ (1- 0,623)´ 32]´ 36 = Rb.b 115´ 22 c= =- 51130,141 Giải phương trình với hệ số được: x =23,89 cm Ne  R b bx(h  0,5x) 657,75  100  34,16  115  22  23,89  (36  0,5  23,89) As  AS'   R sc Za 2600  32 = 9,19 cm * Tính tốn cốt thép đối xứng cho cặp M = 110,82 (KN.m) N = 729,03 (KN) Với hệ số uốn dọc: h = + e =  eo + h/2 – a =1x15,2 + 40/2 – =31,2 (cm) N 729,03x100 +x  = = 28,82 (cm) R b b 115x22 SVTH: 37 ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP + R h0 = 0,623x36 =22,43 (cm) + Xảy trường hợp x > R h0 ,nén lệch tâm bé Tính lại x trường hợp 2: x =25,05 cm Ne  R b bx(h  0,5x) 729,03  100  31,  115  22  25,05  (36  0,5  25,05) As  AS'   R sc Za 2600  32 = 9,14 cm2  Vậy ta bố trí cốt thép cột theo max( 6,72; 9,19; 9,14) = 9,19 (cm2)  Chọn 320có As = 9,42 cm Hàm lượng cốt thép bố trí A 9, 42   s 100  x100  1, 2%  3% b.h 22x36 6.2.2 Tính tốn cốt thép cho cột trục B – tầng 1: bxh=22x50 * Số liệu tính tốn Chiều dài tính tốn cột l0  .H  0,7  392,5  275 cm h0 = 50 -4 = 46 cm  Za  h  a  46-4 = 42 cm l 275  5,5  Bỏ qua ảnh hưởng uốn dọc Độ mảnh cột :  h   h 50 + Độ lệch tâm ngẫu nhiên : H h 275 50 ea  max( ; )  max( ; )  1,67(cm) 600 30 600 30 Từ bảng nội lực chọn cặp nội lực gây bất lợi nhất: Kí hiệu Kí hiệu Đặc điểm M N e1=M/N ea cặp nội bảng cặp nội (KN.m) (KN) (cm) (cm) lực tổ hợp lực 1-9 emax 193,18 590,75 32,70 1-10 Mmax 203,04 744,01 27,29 1,67 1-14 Nmax 185,22 897,66 20,63 eo=max(e1,ea) (cm) 32,70 27,29 20,63 * Tính tốn cốt thép đối xứng cho cặp 1: M = 193,18 (kN.m) N = 590,75 (kN) + e =  eo + h/2 – a =1x32,7 + 50/2 – = 53,7 (cm) SVTH: 38 ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP + x N 59075 = = 23,35 (cm) Rb b 115.22 + R h0 = 0,623x46 = 28,66 (cm) + Xảy trường hợp x > R h0 Lệch tâm bé nên tính lại x theo phương trình bậc 3: x3 + ax2 + bx + c = Trong đó: a = - (2+xR ).h0 =- (2+ 0,623).46 =- 120,658 2.N.e 2.59075.53,7 + 2.xR h02 + (1- xR )h0Za = + 2.0,623.462 + (1- 0,623).46.42 = 5872,706 Rb.b 115.22 - N[2.e.xR + (1- xR ).Za ].h0 - 59075.[2.53,7.0,623+ (1- 0,623).42].46 = =- 88875,869 c= R b.b 115.22 b= Giải phương trình với hệ số được: x =23,35 cm Ne  R b bx(h  0,5x) 59075.53,7  115.22.23,35.(46  0,5.23,35) As  AS'    10, 48(cm ) R sc Za 2600.42 * Tính tốn cốt thép đối xứng cho cặp 2: M = 203,04 (kN.m) N = 744,01 (kN)  + e = eo + h/2 – a =1.27,29 + 50/2 – =48,29 (cm) N 744,01x100 + x = = 37,55 (cm) Rb b 115.22 + R h0 = 0,623.46 =28,66 (cm) + Xảy trường hợp x > R h0 Lệch tâm bé nên tính lại x trường hợp được: x =28,97 cm Ne  R b bx(h  0,5x) 74401.48, 29  115.22.28,97.(46  0,5.28,97) As  AS'    11,58(cm ) R sc Za 2600.42 * Tính tốn cốt thép đối xứng cho cặp 3: M = 185,22 (kN.m) N = 897,66 (kN)  + e = eo + h/2 – a =1.20,63 + 50/2 – =41,63 (cm) N 897,66x100 + x = = 35,48 (cm) Rb b 115.22 + R h0 = 0,623.46 =28,66 (cm) + Xảy trường hợp x > R h0 Lệch tâm bé nên tính lại x trường hợp được: x =31,45 cm Ne  R b bx(h  0,5x) 89766.41,63  115.22.31, 45.(46  0,5.31, 45) As  AS'    12,16(cm ) R sc Za 2600.42  Vậy ta bố trí cốt thép cột theo max( 10,48; 11,58; 12,16) = 12,16 (cm2)  Chọn 420có As = 12,56 cm SVTH: 39 ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP Hàm lượng cốt thép bố trí A 12,56   s 100  x100  1, 27%  3% b.h 22x46 6.2.3 Tính tốn cốt thép cho cột trục C – tầng 1: bxh=22x22 *.Số liệu tính tốn Chiều dài tính tốn cột l0  .H  0,7.392,5  275 m Chọn a = 3,5 cm ; h0 = h-a = 22 -3,5 = 18,5 cm  Za  h  a  18,5-3,5 = 15 cm l 275  12,5  Xét đến ảnh hưởng uốn dọc Độ mảnh cột :  h   h 22 + Độ lệch tâm ngẫu nhiên : H h 392,5 22 ea  max( ; )  max( ; )  0,73(cm) 600 30 600 30 Từ bảng nội lực chọn cặp nội lực gây bất lợi nhất: Kí hiệu Kí hiệu Đặc điểm M N e1=M/N ea eo=max(e1,ea) cặp nội bảng cặp nội (KN.m) (KN) (cm) (cm) (cm) lực tổ hợp lực 1-10 emax 21,57 96,16 22,43 0,73 22,43 M max 1-9 0,73 22,71 226,54 10,02 10,02 1-14 Nmax 20,78 275,99 7,53 0,73 7,53 Mdh= 0,57 (kN.m); Ndh = 161,25 (kN) * Tính tốn cốt thép đối xứng cho cặp M = 21,57 (KN.m) N = 96,16 (KN) Tính tốn hệ số ảnh hưởng uốn dọc Lực dọc tới hạn xác định theo công thức: Ncr = 6,4Eb SI ( + a Is ) l02 j Với l0 = 275 cm, Eb = 27.103 Mpa = 27.104 daN/cm2 Mơ men qn tính tiết diện bh3 22.223 I= = = 19521,33cm4 12 12 Giả thiết t = 0,05%  Is = tbh0(0,5h-a)2=0,0005.22.18,5.(0,5.22-3,5)2 = 11,4 cm4  = Es/Eb = 21.104/27.103 =7,8; SVTH: 40 ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP l 275 dmin = 0,5- 0,01 - 0,01Rb = 0,5- 0,01 - 0,01.11,5 = 0,27 ; h 22 e0 22,43 = = 1,02 ; h 22 e -> de = max( ;dmin ) =max(1,02;0,27)=1,02 h Hệ số kể đến ảnh hưởng độ lệch tâm: S= 0,11 0,11 + 0,1= + 0,1= 0,198 de 1,02 0,1+ 0,1+ j p Với bê tông cốt thép thường : j p = Hệ số xét đến ảnh hưởng tải trọng dài hạn: j l = 1+ b Mdh + Ndh y 0,57+ (161,25).0,11 = 1+1 = 2,643 M + Ny 21,57+ 96,16.0,11 với y = 0,5h = 0,5.0,22 = 0,11 m b = với bê tông nặng Lực dọc tới hạn xác định theo cơng thức: Ncr = 6,4.27.102 ổ 6,4.Eb ổ SI 0,198.19521,33 ữ ỗ ữ + a I = ỗ + 7,8.11,4ữ = 355,57(kN ) ỗ ữ ỗ sữ 2 ữ ỗ ỗ ữ ố ø 2,643 l0 èj l 275 ø Hệ số uốn dọc h= 1 = = 1,371 N 96,16 11Ncr 355,57 + e =  eo + h/2 – a =1,371.22,43 + 22/2 – =38,25 (cm) N 96,16x100 + x = = 3,8 (cm) Rb b 115x22 + R h0 = 0,623.18,5 =11,53 (cm) + Xảy trường hợp: x=3,8cm < 2a’ = 2.4 = 8cm Lệch tâm lớn (Trường hợp đặc biệt) Cốt thép cột tính tốn theo cơng thức: N(e  Za ) 9616.(38, 25  15) Ne ' A s  AS'     5,73(cm ) R sc Za R sc Za 2600.15 * Tính tốn cốt thép đối xứng cho cặp 2: M = 22,71 (kN.m) N = 226,54 (kN) Tính tốn hệ số ảnh hưởng uốn dọc e0 10,02 = = 0,46 ; h 22 e -> de = max( ;dmin ) =max(0,46;0,27)=0,46 h Hệ số kể đến ảnh hưởng độ lệch tâm: SVTH: 41 ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP S= 0,11 0,11 + 0,1= + 0,1= 0,298 de 0,46 0,1+ 0,1+ j p Với bê tông cốt thép thường : j p = Hệ số xét đến ảnh hưởng tải trọng dài hạn: j l = 1+ b Mdh + Ndh y 0,57+ (161,25).0,11 = 1+1 = 1,705 M + Ny 22,71+ 226,54.0,11 với y = 0,5h = 0,5.0,22 = 0,11 m b = với bê tông nặng Lực dọc tới hạn xác định theo công thức: Ncr = 6,4.27.102 ổ 6,4.Eb ổ SI 0,46.19521,33 ữ ỗ ữ + a I = ỗ + 7,8.11,4ữ = 801,308(kN ) ỗ ữ ỗ sữ 2 ữ ỗ ữ ố ứ 1,705 l0 ỗ 275 ốj l ứ H số uốn dọc h= 1 = = 1,394 N 226,54 11Ncr 801,308 + e =  eo + h/2 – a =1,394.10,02 + 22/2 – 3,5 = 21,48 (cm) N 226,54  100 + x = = 8,95 (cm) Rb b 115  22 + Xảy trường hợp x = 8,95 cm < R h0 = 11,53 Trường hợp lệch tâm lớn + Cốt thép cột tính tốn theo cơng thức: N(e  0,5x  h ) 226,54.100.(21, 48  0,5  8,95  18,5) A s  AS'    4,33(cm2 ) R sc Za 2600 15 * Tính tốn cốt thép đối xứng cho cặp 3: M = 20,78 (kN.m) N = 275,99 (kN) Tính tốn hệ số ảnh hưởng uốn dọc e0 7,53 = = 0,34; h 22 e -> de = max( ;dmin ) =max(0,34;0,27)=0,34 h Hệ số kể đến ảnh hưởng độ lệch tâm: S= 0,11 0,11 + 0,1= + 0,1= 0,349 de 0,34 0,1+ 0,1+ j p Với bê tông cốt thép thường : j p = Hệ số xét đến ảnh hưởng tải trọng dài hạn: j l = 1+ b Mdh + Ndh y 0,57+ (161,25).0,11 = 1+ = 1,58 M + Ny 20,78+ 275,99.0,11 Lực dọc tới hạn xác định theo cơng thức: Ncr = ư 6,4.Eb ỉ SI 6,4.27.102 ổ 0,34.19521,33 ữ ỗ ữ + a I = ỗ + 7,8.11,4ữ = 1006,828(kN ) ỗ ữ ỗ sữ 2 ữ ỗ ỗ ữ ố ứ 1,58 l0 èj l 275 ø SVTH: 42 ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP Hệ số uốn dọc h= 1 = = 1,378 N 275,99 11Ncr 1006,828 + e =  eo + h/2 – a =1,375.7,53 + 22/2 – 3,5 =17,87 (cm) N 275,99  100 + x = = 10,91 (cm) < R h0 = 11,53 Trường hợp lệch tâm lớn Rb b 115  22 + Cốt thép cột tính tốn theo cơng thức: N(e  0,5x  h ) 275,99.100.(17,87  0,5.10,91  18,5) A s  AS'    3, 41(cm ) R sc Za 2600.15  Vậy ta bố trí cốt thép cột theo max( 5,73; 4,33; 3,41) = 5,73 (cm2) Chọn 316 có As = 6,03 cm Hàm lượng cốt thép bố trí: A 6,03   s 100  100  1,52% b.h 22.18,5 6.2.4 Tính tốn cốt thép tương tự cho phần tử cột khác SVTH: 43 ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP Khu vực để bảng tính cốt thép cột SVTH: 44 ĐỒ ÁN BÊ TƠNG CỐT THÉP 6.2.5 Tính toán cốt thép đai cho cột : j 20 + đường kính cốt đai j SW ³ ( max ;8mm) = ( ;8mm) = mm Chọn 8 nhóm CB240T 4 + Khoảng cách cốt đai ”s”: Trong đoạn nối chồng cốt thép dọc: s