đồ án bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn ACI của hoa kỳ. các công thức tính số liệu và bản vẽ đầy đủ và chi tiết, bao gồm ba phần sàn, dầm chính dầm phụ và thống kê cốt thép
TRƯỜNNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG ĐỒ ÁN MƠN HỌC KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP THEO ACI GVHD: TS MAI LỰU SVTH: LÊ THANH BÌNH MSSV:18H109002 LỚP: CD18CLCA TP Hồ Chí Minh, ngày 02 tháng 04 năm 2021 ĐAMH: BÊ TÔNG CỐT THẾP GVHD: TS MAI LỰU Lời cảm ơn Trong suốt q trình học tậpvà hồn thành đồ án này, em nhận nhiều hướng dẫn tận tình quý báu Thầy Mai Lựu Tuy Thầy không hướng dẫn môn Kết Cấu Bê Tông Cốt Thép cho lớp em qua thời gian ngắn hướng dẫn đồ án củng cố kiến thức cho tụi em tụi em học thêm nhiều điều từ Thầy tụi em thực hoàn thành đồ án đầu tay Mặc dù giai đoạn dịch bệnh khó khăn, Thầy nhiệt tình giảng dạy, hướng dẫn duyệt đồ án, giúp cho chúng em có chịu khó, cẩn thận tính tốn trình bày vẽ để có sản phẩm hồn thiện Những kiến thức thầy truyền thụ chắn theo em sau Trong trình làm đồ án chắn em cịn mắc phải nhiều sai sót mong Thầy qua Đồng thời, với kinh nghiệm kiến thức cịn hạn chế em xin đóng góp từ Thầy để đồ án em hoàn thiện Em chân thành cảm ơn! SVTH: HUỲNH MINH VŨ LỚP: CD21KG MSSV: 2131093953 ĐAMH: BÊ TÔNG CỐT THẾP GVHD: TS MAI LỰU MỤC LỤC SVTH: HUỲNH MINH VŨ LỚP: CD21KG MSSV: 2131093953 ĐAMH: BÊ TÔNG CỐT THẾP GVHD: TS MAI LỰU Danh sách từ viết tắt GVHD SVTH DAMH TTGH Gíao viên hướng dẫn Sinh viên thực Đồ án môn học Trạng thái giới hạn SVTH: HUỲNH MINH VŨ LỚP: CD21KG MSSV: 2131093953 ĐAMH: BÊ TÔNG CỐT THẾP GVHD: TS MAI LỰU Danh sách bảng biểu Bảng 1.1 Thơng số kích thước Bảng 1.2 Thông số cốt thép Bảng 2.1 Tải trọng thân sàn 11 Bảng 2.2 Tính cốt thép chịu lực cho sàn 16 Bảng 2.3 Chọn thép chịu lưc 17 Bảng 3.1 Moment lớn mặt cắt dầm phụ 24 Bảng 3.2 Lực cắt lớn mặt cắt dầm phụ .27 Bảng 3.3 Bố trí cốt đai vị trí gối dầm phụ 26 Bảng 3.4 Kết tính tốn hàm lượng cốt thép dầm phụ 35 Bảng 3.5 Chọn bố trí cốt thép cho dầm phụ 35 Bảng 3.6 Khả chịu lực thép trước sau cắt 39 Bảng 3.7 Chiều dài neo thép Ldb nối cốt thép 40 Bảng 3.8 Kiểm tra đảm bảo điều kiện nứt TTGH sử dụng 45 Bảng 4.1 Moment lớn mặt cắt dầm 50 Bảng 4.2 Lực cắt lớn mặt cắt dầm 50 Bảng 4.3 Bố trí cốt đai cho dầm 53 Bảng 4.4 Kết tính tốn hàm lượng cốt thép dầm 61 Bảng 4.5 Chọn bốt trí cốt thép cho dầm 61 Bảng 4.6 Khả chịu lực dầm trước cắt uốn thép 66 Bảng 4.7 Kiểm tra điều kiện đảm bảo nứt TTGH sử dụng .73 SVTH: HUỲNH MINH VŨ LỚP: CD21KG MSSV: 2131093953 ĐAMH: BÊ TƠNG CỐT THẾP GVHD: TS MAI LỰU Danh sách hình ảnh Hình 1.1 Sơ đồ mặt sàn Hình 1.2 Mặt cắt cấu tạo mặt sàn Hình 2.1 Sơ đồ tính tốn sàn 10 Hình 2.2 Cấu tạo mặt sàn .10 Hình 2.3 Các trường hợp đặt tải sàn .12 Hình 2.4 Biểu đồ bao lực cắt 13 Hình 2.5 Biểu đồ bao mô men .13 Hình 2.6 Cốt thép cấu tạo chịu mô men âm 18 Hình 2.7 Bố trí thép sàn 19 Hình 2.8 Mặt cắt bố trí thép sàn 20 Hình 3.1 Sơ đồ tính dầm phụ 21 Hình 3.2 Các trường hợp chất tải 23 Hình 3.3 Biểu đồ bao lực cắt 24 Hình 3.4 Biểu đồ bao mơ men 24 Hình 3.5 Khoảng cách lớp cốt đai 25 Hình 3.6 Kích thước tiết diện dầm phụ 25 Hình 3.7 Biểu đồ bao vật liệu dầm phụ 41 Hình 3.8 Bố trí cốt thép dầm phụ dầm phụ 41 Hình 3.9 Mặt cắt ngang dâm phụ .42 Hình 4.1 Sơ đồ tính dầm .46 Hình 4.2 Các trường hợp đặt tải .49 Hình 4.3 Biểu đồ bao lực cắt dầm 49 Hình 4.4 Biểu đồ bao mơ men dầm 50 Hình 4.5 Xách định cốt treo 54 Hình 4.6 Kích thước tiết diejn dầm 55 Hình 4.7 Nội suy mơ men mép cột 56 Hình 4.6 Biểu đồ bao vật liệu dầm 68 Hình 4.7 Bố trí thép dầm 69 Hình 4.8 Mặt cắt bố trí thép dầm 70 SVTH: HUỲNH MINH VŨ LỚP: CD21KG MSSV: 2131093953 ĐAMH: BÊ TÔNG CỐT THẾP GVHD: TS MAI LỰU SVTH: HUỲNH MINH VŨ LỚP: CD21KG MSSV: 2131093953 ĐAMH: BÊ TÔNG CỐT THẾP GVHD: TS MAI LỰU SVTH: HUỲNH MINH VŨ LỚP: CD21KG MSSV: 2131093953 ĐAMH: BÊ TÔNG CỐT THẾP GVHD: TS MAI LỰU CHƯƠNG 1: TỔNG HỢP SỐ LIỆU TÍNH TOÁN 1.1 Mặt sàn: 1.1.1 Sơ đồ mặt sàn: Cho mặt hình vẽ: 1.2 Hình 1.1 Sơ đồ mặt sàn Tổng hợp số liệu: SVTH: HUỲNH MINH VŨ LỚP: CD21KG MSSV: 2131093953 ĐAMH: BÊ TƠNG CỐT THẾP 1.2.1 GVHD: TS MAI LỰU Các thơng số kích thước: Bảng 1.1 Thơng số kích thước Sơ đồ sàn IV L1 (mm) 2600 ptc (MPa) 0,002 L2 (mm) 6200 Kích thước cột: 250x250mm 1.2.2 Vật liệu sử dụng: Cốt thép: Bảng 1.2 Thông số cốt thép Loại thép fy (MPa) fyt (MPa) AI 225 175 AII 280 225 Bê tơng C15: • f’c = 18 Mpa • Ec = 20124,6 MPa 1.3 Cấu tạo sàn: Sàn thiết kế gồm lớp cấu tạo sau: • Gạch lát: γ tc = 2000kg / m3 • Vữa lót: • Bản bê tơng cốt thép: δv = 15mm, δ b = hb , γ tc = 2500kg / m3 10 SVTH: HUỲNH MINH VŨ LỚP: CD21KG MSSV: 2131093953 dt = h − As1 y1 + As y2 3454.65 + 1230,88.120 = 950 − = 870, 6( mm) As1 + AS 3454 + 1230,88 4.8 Biểu đồ bao vật liệu dầm Dựa vào mục tính tốn cốt thép thực số cốt thép bố trí cho gối nhịp dầm chính, ta tiến hành cắt uốn cốt thép để vẽ hình bao vật liệu Biểu đồ bao vật liệu biểu đồ thể khả chịu lực toàn tiết diện dầm Để vẽ biểu đồ bao vật liệu ta phải có biểu đồ bao momen dầm chính, sau thực tốn ngược để tìm Momen ứng với tiết diện cốt thép bố trí Từ cắt uốn thép để tiết kiệm kinh phí mà dầm thỏa khả chịu lực 4.8.1 Trình tự tính tốn khả chịu lực của tiết diện sau cắt thép h, bw , b f , h f , f y , d s , d t , As Biết: Biết: • , Tính Mr Giả sử dầm phá hoại dẻo, cân lực theo phương ngang Tính nhịp biên (theo tiết diện chữ T): 2φ28 + 3φ25 + 2φ25 • Nhịp biên bố trí có : As = 3684 (mm2) • Kiểm tra vị trí trục trung hịa : As f y < 0,85 f c'b f hs ⇔ 3684.280 = 1031521, < 0,85.18.1540.95 = 2238390 ( N ) ⇒ Trục trung hòa qua cánh, kiểm tra khả chịu lực tiết diện hình chữ nhật (bf, h) As = 0, 85 f c′.ab fy ⇔ 3684 = 0, 85.18 a 1540 280 ⇒ a = 43, 78 ( mm ) c= • a 43,78 = = 51,5 ( mm ) β1 0,85 Tính lại : (dt=818,305 mm) 0, 75 ≤ φ = 0, 65 + 0,15( φ = 0, 65 + 0,15( ⇒ Suy ra: dt − 1) ≤ 0, c ds 885 − 1) = 0, 65 + 0,15 − 1÷ = 3, 035 > 0,9 c 51,5 φ Chọn =0,9 • Kiểm tra Hàm lượng thép tối thiểu: - Quy định hàm lượng thép tối thiểu Asmin: As ,min 0, 25 f c' 0, 25 18 = bw d s = 400.885 = 1340, 98(mm ) fy 280 As > As ,min • (thỏa) Khả chịu lực cốt thép : - Xét trường hợp phá hoại tiết diện tới hạn: c ≤ 0,6 ds 3) Nếu : Thì a M r = φ 0,85 fc'ab dt − ÷ 2 c > 0,6 ds 4) Nếu :tính lại chiều cao vùng nén sau: 0,558 x10−3 10200.β1 f c'.b.d s As Es + ( As Es ) − As Es c= β1 f c' b a = c.β ( mm ) Tính : 0, 75 ≤ φ = 0, 65 + 0,15( M r = φ Es As dt − 1) ≤ 0, c 0.003 ( d s − c ) a ds − ÷ c 2 c 51,5 = = 0, 06 ≤ 0, d s 870, - Ta có ,Nên 43,78 M r = 0,9.0,85.18.43, 78.1540 870, − ÷ = 787685119 ( Nmm ) = 787, 69 ( kNmm ) Tính gối thứ 2( theo tiết diện chữ nhật): • Nhịp biên bố trí 2φ32+4φ25+2φ25 có: As = 4551,4 (mm2) • Lấy phương trình cân lực: As = 0, 85 f c′.ab fy ⇔ 4551, = c= • 0, 85.18 a 400 280 ⇒ a = 208, 24 ( mm ) a 208, 24 = = 244,98 ( mm ) β1 0,85 Tính lại : (dt=mm) 0, 75 ≤ φ = 0, 65 + 0,15( 0, 75 < φ = 0, 65 + 0,15( Suy ra: ⇒ dt − 1) ≤ 0, c dt 885 − 1) = 0, 65 + 0,15 − 1÷ = 1, 035 > 0,9 c 244,98 φ Chọn =0,9 • Kiểm tra Hàm lượng thép tối thiểu: - Quy định hàm lượng thép tối thiểu Asmin: As ,min = 0, 25 f c' fy bw d s = 0, 25 18 400.885 = 1340, 98(mm ) 280 As > As ,min • (thỏa) Khả chịu lực cốt thép : - Xét trường hợp phá hoại tiết diện tới hạn: c ≤ 0,6 ds 3) Nếu : Thì a M r = φ 0,85 f c' ab d t − ÷ 2 c > 0,6 ds 4) Nếu :tính lại chiều cao vùng nén sau: 0,558 x10−3 10200.β1 f c' b.d s As Es + ( As Es ) − As Es c= ' β1 f c b a = c.β ( mm ) Tính : 0, 75 ≤ φ = 0, 65 + 0,15( M r = φ Es As 0.003 ( d s − c ) a ds − ÷ c 2 dt − 1) ≤ 0, c c 244,98 = = 0, 28 ≤ 0, ds 885 - Ta có ,Nên 208, 24 M r = 0,85.0,9.18.208, 24.400 870,5 − ÷ = 882040942 ( Nmm ) = 882, 04 ( kN ) o Tính tốn tương tự cho vị trí cịn lại Ta kết khả chịu lực thép sau cắt bảng sau: Tiết diện As,tk (mm2) Nhịp biên 3684 Nhịp 2212.1 Gối thứ 4551 Cắt Thép Lần cắt Cốt thép chưa 2Ø28+5Ø25 2Ø28 chưa 2Ø28+2Ø25 2Ø28 chưa 2Ø32+6Ø25 2Ø32 Cắt 5Ø2 2Ø25 6Ø25 As,tt (mm2) a 3684.0 43.78 1230.9 14.63 2212.1 26.29 1230.9 14.63 4551.4 208.2 1607.7 73.55 c 51.5 17.2 30.9 17.2 244 86.5 Փ chọ n c/ds Mr (Nmm) Mr (KNm) 0.9 0.06 787685119 787.69 0.9 0.02 27224231 272.24 0.9 0.03 486022038 486.02 0.9 0.02 0.9 0.28 0.9 0.10 27224231 88204094 34364513 Bảng 4.6 Khả chịu lực thép trước sau cắt Biểu đồ bao vật liệu thể hình 4.6 4.7 Neo, nối bố trí cốt thép 4.7.1 Xác định chiều dài đoạn neo • Chiều dài neo cốt thép (mục 12.2, ACI318) xác định theo công thức sau không nhỏ 300mm: L db = 0, 06.A f b f′ y (cm) ⇒ L db = c 0, 019.A f b f′ y (mm) c Trong : ldb: chiều dài neo (mm); Ab: diện tích tiết diện thép (mm); fy fc’ giới hạn cốt thép độ bền bê tông (MPa); ( A = 491 mm b - Ta cắt thép φ25 có : L db = 0, 019.A b f y f ' c = ) 0, 019 491 280 = 476, 42 (mm) 18 Ta chọn chiều dài neo thép φ25 500(mm) o Tương tự tính tốn ta kết tính chọn chiều dài neo thép cho thép 4.7.2 Chiều dài đoạn nối • Theo ACI chiều dài đoạn nối vùng kéo không nhỏ 300mm thỏa mãn yêu cầu: − Mối nối loại A: 1,0ld; − Mối nối loại B: 1,3ld 272.24 882.04 343.65 Trong đó: ld chiều dài đoạn neo • Chiều dài đoạn nối vùng nén không nhỏ 300mm phải giá tri sau: (0.0005 f y db )(in), ⇔ fy ≤ 60000 psi; (0.0007 f y db )(cm), ⇔ fy ≤ 4200kg / cm ; Hoặc (0.0009 f y − 24)db (in), ⇔ fy > 60000 psi; (0.013 f y −24 )db (cm), ⇔ fy > 4200kg / cm ; Hoặc Trong đó: db đường kính cốt thép nối tính in; fy tính theo psi hoăc kg/cm2 Thép bị cắt,nối Ø25 Ø28 Ø32 Ab mm2 491 615 804 f'c N/mm2 18 18 18 fy N/mm2 280 280 280 Lđb,tính tốn mm 615.21 771.72 1007.96 Lđb,chọn mm 620 800 1050 Đoạn nối mm 620 800 1050 Ghi chú: neo thép cần chọn chiều dài neo thép lớn ldb chênh lệch 5% 4.7.3 Biểu đồ bao Vât Liệu Kết bố trí thép: Hình 4.6 Biểu đồ bao vật liệu dầm (KN.m) Hình 4.7 Bố trí thép dầm Hình 4.8 Mặt cắt bố trí thép dầm 4.8 Kiểm tra điều kiện nứt trạng thái giới hạn sử dụng Kiểm tra điều kiện nứt trạng thái giới hạn sử dụng cho mặt cắt nguy hiểm Tải trọng kiểm tra trạng thái cường độ Tổ hợp tải trọng trạng thái sử dụng: 1,0DL+1,0LL Các trường hợp đạt tải tính tốn chịu lực Dùng Sap2000 tính tốn nội lực ta mooment lớn mặt cắt Moment Uốn Lớn Nhất Dùng Để Kiểm Tra Điều Kiện Nứt Mặt Cắt Giá Trị Giữa Nhịp Biên 772926563 Gối Thứ 667438267 Nhịp Giữa 310043142 Bề rộng vết nứt uốn dầm bê tơng cốt thép kiểm sốt cách giới hạn khoảng cách cốt thép lớp chịu kéo tác dụng tải trạng thái giới hạn sử dụng s ≤ [ s] = 123000.γ e − 2.d c βs fs Trong đó: - dc khoảng cách từ trọng tâm lớp thép chịu kéo đến mép ngồi dc = h − dt bê tơng chịu kéo: β ≤ 1+ - dc 0, 7(h − d c ) γe : hệ số xét tới điều kiện tiếp xúc kết cấu với môi trường xung quanh xác định sau: Điều kiện môi trường γe Bề rộng vết nứt (mm) Cấp Cấp 1,0 0,75 0,432 0,330 Điều kiện phơi lộ bề mặt cấp 1: Bề mặt kết cấu điêu kiện thơng thường, cho phép vết nứt nhiều quan tâm đến bề mặt Điều kiện phơi lộ bề mặt cấp 2: Là trường hợp mặt cầu bề mặt kết cấu phần ngâm nước; bề mặt phơi lộ cấp áp dụng cho thiết kê ngang dàm hộp bê tông phân đoạn cho loại tải trọng tác dụng trước bê tơng đạt cường độ danh định và/hoặc ăn mòn - h: chiều dày cấu kiện (mm) - fs: Ứng suất thép chịu kéo xác định trạng thái giới hạn sử dụng (Mpa) Đối với dầm có tiết diện chữ nhật bố trí thép đơn ứng suất fs xác định theo trình tự bước sau: Bước 1: Xác định khoảng cách từ trục trung hịa đến thớ ngồi chịu nén; Dựa vào phương trình Moment Tĩnh qua trọng tâm Sx=0, ta có: Mơ men tĩnh trục cách thớ đoạn x: x S x = ⇔ b x = n As ( d s − x) 2 ⇔ b.x + 2.n As x − 2.n As d s = ⇔x= n As 2.d s b − 1 1+ b n As Trong đó: x: Khoảng cách từ trục trung hịa đến thớ ngồi chịu nén; n= Es Ec Tỷ số quy đổi thép bê tông Bước 2: Xác định Mơ men qn tính cho tiết diện bị nứt: I cr = b.x + n As (d s − x) Bước 3: Ứng suất cốt thép xác định sau: fs = M M y.n = s (d s − x).n I I cr Kiểm tra điều kiện chịu nứt mặt cắt gối thứ 2: Mu=667438267 (N.mm) - Lớp thép chịu kéo 2φ32+4φ25, As = 1721,5 (mm2) - Khoảng cách cốt thép lớp ( tim đến tim) s=(400-30.2-28)/5=78mm - dc khoảng cách từ trọng tâm lớp thép chịu kéo đến mép ngồi bê tơng chịu kéo: d c = h − dt = 950 − 885 = 65(mm) β = 1+ - dc 65 = 1+ = 1,1049 0, 7(h − d c ) 0, 7(885 − 65) γe =1 - Xác định fs Bước 1: Xác định khoảng cách từ trục trung hịa đến thớ ngồi chịu nén; Dựa vào phương trình Moment Tĩnh qua trọng tâm Sx=0, ta có: Mơ men tĩnh trục cách thớ đoạn x: x S x = ⇔ b.x = n As (d s − x) 2 ⇔ b.x + 2.n As x − 2.n As d s = n As 2.d s b 10, 43.3570,18 2.885.400 − 1 = − 1 1+ 1+ b n As 400 10, 43.3570,18 = 9,91mm ⇔ x= Trong đó: x: Khoảng cách từ trục trung hịa đến thớ ngồi chịu nén; n= Es 210000 = = 10, 43 Ec 20124, ,Tỷ số quy đổi thép bê tơng Bước 2: Xác định Mơ men qn tính cho tiết diện bị nứt: 1 I cr = b.x + n As (d s − x) = 400.10, 433 + 10, 43.3570,18.(885 − 10, 43) 3 = 28,53 x10 (mm ) Bước 3: Ứng suất cốt thép xác định sau: fs = M M 667438267 y.n = s (d s − x).n = (885 − 9,91).10, 43 ( N / mm ) I I cr 28,53 x10 = 213,6 KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN : s ≤ [ s] = 123000.γ e 123000.1,0 − 2.d c = − 2.65 = 391,1( mm ) βs fs 1,1049.213, [ s] Vậy s=222mm< , Mặt cắt đảm bảo điều kiện chịu nứt Tương tự, ta tính tốn mặt cắt khác bảng kết sao: Tiết diện Mu (Nmm) As(mm)2 x Nhịp biên 772926563 2702.755 289.73 Gối thứ 667438267 3570.18 9.91 Nhịp 310043142 2212.13 267.06 Icr 1323649568 2852931354 11019014344 fs s [s] (mm) 362.7 78 176.9 213.6 62 391.1 181.4 104 483.6 Bảng 4.7 Kiểm tra đảm bảo điều kiện nứt TTGH sử dụng Vậy Các mặt cắt dầm đảm bảo điều kiện nứt TTGH sử dụng TÀI LIỆU THAM THẢO Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318-14) Nguyễn Đình Cống Sàn sườn bê tơng tồn khối NXB Xây dựng Hà Nội-2008 Nguyễn Trung Hòa Kết cấu bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn hoa kì NXB Xây dựng Hà Nội-2011 Vũ Hồng Nghiệp Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn ACI 318-14 NXB Giao thông vạn tải Tiêu chuẩn ACI-318, tiếng Việt Nguyễn Viết Trung Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép đại theo tiêu chuẩn ACI NXB Giao thông vận tải Trần Mạnh Tn Tính tốn cấu kiện bê tơng cốt thép theo tiêu chuẩn ACI NXB Xây dựng Nguyễn Văn Hiệp Hướng dẫn Đồ án bê tông cốt thép 1-Sàn sườn tồn khối có dầm theo TCXDVN 356:2005 ... cường độ bê tông Bước 5: Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu theo tiêu chuẩn ACI 318-14: • Quy định hàm lượng thép tối thiểu Asmin: theo mục 7.6.1.1, ACI 318-14, quy định hàm lượng lượng thép tối... s=140 (mm) Đặt cốt thép vng góc với thép chịu lực, thép chịu mômen dương thép chịu mơmen âm Hình 2.6 Cốt thép cấu tạo chịu mơ men âm 2.9 Chi tiết bố trí thép sàn Hình 2.7 Bố trí thép sàn a) Mặt... ta có tiết diện cốt thép mặt cắt bảng • • 3.5.3 Lựa chọn cốt thép chịu lực So sánh với diện tích cốt thép tính tiết diện bảng trên, ta thấy tất kết lớn Asmin, suy ra, bố trí cốt thép cho tiết