THIẾT kế hệ kết cấu CHỊU lực bê TÔNG cốt THÉP TOÀN KHỐI

TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU CÔNG TRÌNH

Các hệ kết cấu chịu lực trong nhà cao tầng

Các hệ kết cấu bê tông cốt thép toàn khối phổ biến trong nhà cao tầng bao gồm khung, tường chịu lực, khung vách hỗn hợp, hình ống và hình hộp Sự lựa chọn giữa các hệ kết cấu này phụ thuộc vào điều kiện cụ thể của công trình, công năng sử dụng, chiều cao và tải trọng ngang như động đất và gió.

Hệ kết cấu khung cho phép tạo ra không gian lớn và linh hoạt, phù hợp cho các công trình công cộng Mặc dù có sơ đồ làm việc rõ ràng, nhưng hệ kết cấu khung gặp khó khăn khi áp dụng cho các công trình cao Thực tế cho thấy, kết cấu khung bê tông cốt thép thường được sử dụng cho các công trình cao đến 20 tầng ở khu vực có nguy cơ động đất cấp 7, 15 tầng ở khu vực cấp 8 và 10 tầng ở khu vực cấp 9.

1.1.2 Hệ kết cấu khung-giằng (khung và vách cứng)

Hệ kết cấu khung-giằng bao gồm khung và vách cứng, được hình thành tại các khu vực như cầu thang bộ, cầu thang máy, khu vệ sinh chung và các tường biên với tường liên tục nhiều tầng Hệ thống khung được bố trí tại các khu vực khác trong ngôi nhà và hai hệ thống khung và vách liên kết với nhau qua hệ kết cấu sàn Trong trường hợp này, hệ sàn liền khối đóng vai trò quan trọng Hệ thống vách chủ yếu chịu tải trọng ngang, trong khi khung được thiết kế chủ yếu để chịu tải trọng thẳng đứng.

Việc phân rõ chức năng giúp tối ưu hóa các cấu kiện trong xây dựng, từ đó giảm kích thước cột và dầm, đáp ứng tốt hơn nhu cầu kiến trúc.

Lựa chọn giải pháp kết cấu công trình

1.2.1 Hệ kết cấu chịu lực cơ bản

Sau khi phân tích các ưu điểm, nhược điểm và phạm vi ứng dụng của từng loại kết cấu chịu lực, chúng tôi đã quyết định lựa chọn hệ kết cấu khung-vách cho công trình.

1.2.2 Hệ kết cấu chịu lực hỗn hợp

1.2.3 Hệ kết cấu sàn Ô sàn toàn khối Các ô sàn nhỏ làm việc cùng nhau.

Lựa chọn vật liệu

Bêtông cấp độ bền: B25 có R b = 14,5Mpa ; R bt = 1,05 Mpa

 Nếu ỉ ≤ 10 thỡ dựng thộp nhúm CI cú : R s = R sc = 225 Mpa

 Nếu ỉ > 10 thỡ dựng thộp nhúm CII cú: R s = R sc = 280 Mpa

Tiêu chuẩn, quy phạm dùng trong tính toán thiết kế kết cấu

 Tiêu chuẩn tải trọng và tác động TCVN 2737-1995.

 Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép TCVN 5574-2012.

 Tiêu chuẩn thiết kế công trình chịu động đất TCVN 9386-2012.

 Tiêu chuẩn thiết kế móng cọc 205-1998.

 Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép TCVN 5575-2018.

 Cấu tạo bê tông cốt thép – Bộ Xây dựng.

Cơ sở lựa chọn sơ bộ tiết diện

 Việc chọn hình dáng, kích thước tiết diện cột dựa vào các yêu cầu về kiến trúc, kết cấu và thi công.

Kiến trúc yêu cầu sự cân bằng giữa thẩm mỹ và công năng sử dụng không gian, từ đó người thiết kế xác định hình dáng cùng kích thước tối ưu Đối với kết cấu, kích thước tiết diện cột phải đảm bảo độ bền và ổn định, với tiết diện chữ nhật có tỷ lệ giữa cạnh lớn và cạnh bé không vượt quá 4.

Trong các tòa nhà nhiều tầng, lực nén trong cột giảm dần từ móng đến mái Để tối ưu hóa việc sử dụng vật liệu, khả năng chịu lực của cột cần được giảm dần khi chiều cao tăng lên Có ba phương pháp chính để giảm khả năng chịu lực của cột: giảm kích thước tiết diện, giảm cốt thép và giảm mác bê tông Trong đó, giảm cốt thép là phương pháp đơn giản nhất, nhưng hiệu quả điều chỉnh không lớn Giảm kích thước tiết diện có vẻ hợp lý hơn về mặt chịu lực, tuy nhiên, nó có thể làm phức tạp quá trình thi công và ảnh hưởng tiêu cực đến sự ổn định tổng thể của công trình khi xem xét về dao động.

Dầm là cấu kiện có chiều dài lớn hơn nhiều so với chiều cao và chiều rộng của tiết diện ngang Tiết diện ngang của dầm thường có hình dạng chữ nhật, chữ I, hoặc hình thang, trong đó dầm chữ T và chữ nhật là hai loại phổ biến nhất.

Chiều cao h của tiết diện, được xác định theo phương của mặt phẳng uốn, nên có tỉ số h/b trong khoảng 2 đến 4 Thông thường, chiều cao h được chọn nằm trong khoảng từ 1/8 đến 1/20 của nhịp dầm Khi lựa chọn kích thước b và h, cần xem xét các yêu cầu kiến trúc cũng như việc định hình hóa ván khuôn.

Khi lựa chọn chiều dày bản sàn h b, cần xem xét khả năng chịu lực và tính thuận tiện trong thi công Đồng thời, chiều dày này cũng phải đảm bảo h b ≥ h min theo tiêu chuẩn TCXDVN 356-2005 (điều 8.2.2) để đáp ứng yêu cầu sử dụng.

THIẾT KẾ SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH

Số liệu tính toán

Hình 2.1 Sơ đồ sàn tầng 2

Chọn chiều dày bản sàn

Bản chủ yếu làm việc theo phương cạnh bé: Bản loại dầm.

Bản làm việc theo cả hai phương: Bản kê bốn cạnh.

 l 1 kích thước theo phương cạnh ngắn.

 l 2 kích thước theo phương cạnh dài.

Kích thước l1 và l2 được xác định theo tim dầm, trong khi chiều dày bản sàn h_b cần được chọn dựa trên khả năng chịu lực và thuận tiện cho thi công Ngoài ra, chiều dày này cũng phải đảm bảo h_b ≥ h_min theo yêu cầu sử dụng.

Tiêu chuẩn TCXDVN 356-2005 (điều 8.2.2) quy định :

 đối với sàn nhà ở và công trình công cộng.

 đối với sàn của nhà sản xuất.

 đối với bản làm từ bê tông nhẹ. Để thuận tiện cho thi công thì nên chọn là bội số của 10 mm.

Sàn được coi là cứng tuyệt đối trong mặt phẳng ngang, không bị rung động hay dịch chuyển khi chịu tải trọng ngang Tại mọi điểm trên sàn, chuyển vị đều đồng nhất khi có tác động của tải trọng ngang.

Chọn chiều dày bản sàn theo công thức: h b =

 Trong đó: l: là cạnh ngắn của ô bản.

D = 0.8÷1.4 phụ thuộc vào tải trọng tác dụng lên bản Chọn D = 1 m: là hệ số phụ thuộc vào liên kết của bản

 Với bản loại dầm: m=(3035), chọn m0

 Với bản kê bốn cạnh: m=(4045), chọn m@

Bảng 2.1 Phân loại sàn tính toán và chọn chiều dày các ô sàn

STT Tên bản l1 (mm) l2 (mm) l2/l1(mm) Loại bản Loại phòng hb (mm)

3 S3 3600 4800 1.33 Bản kê 4 cạnh Hành lang 90

5 S5 1800 4800 2.67 Bản loại dầm Ban công 60

6 S6 1800 4800 2.67 Bản loại dầm Ban công 60

9 S9 1700 4800 2.82 Bản loại dầm Hành lang 57

10 S10 1700 3200 1.88 Bản kê 4 cạnh Hành lang 42.5

11 S11 1800 4800 2.67 Bản loại dầm Hành lang 60

Xác định tải trọng và tác động

 Tĩnh tải : Trọng lượng bản thân của bản BTCT ( sàn thường, sàn wc ) và các lớp cấu tạo, trọng lượng bản thân tường xây trực tiếp trên bản

 Ta có :Trọng lượng của bản thân BTCT và lớp cấu tạo

 : chiều dày của lớp vật liệu , lấy theo mặt cắt cấu tạo sàn.

 : Trọng lượng riêng của lớp vật liệu ( BTCT : ; Vữa trát :

 n : Hệ số độ tin cậy, tra theo TCVN 2737-1995

 Trọng lượng bản thân sàn thường và sàn WC

Hình 2.2 Cấu tạo các lớp sàn

Bảng 2.2 Bảng tính trọng lượng bản thân sàn thường

STT Cấu tạo lớp sàn δ (m) gtc (kN/m2) n gctt (kN/m2)

3 Lớp bê tông cốt thép 0.12 25 3 1.1 3.3

Bảng 2.3 Bảng tính trọng lượng bản thân sàn thường

3 Lớp bê tông cốt thép 0.06 25 1.5 1.1 1.65

Bảng 2.4 Bảng tính trọng lượng bản thân sàn WC

Lớp vữa lót Lớp vữa tạo dốc

6 Hệ thống thiết bị kĩ thuật - - 0.2 1.2 0.24

Bảng 2.5 Tải trọng Sàn mái

STT Cấu tạo lớp sàn n

Bảng 2.6 Tải trọng Tường xây 220

Cấu tạo lớp sàn δ (m) gtc (kN/m2) n gtt (kN/m2)

Lớp vữa trát hai bên 0.03 18 0.54 1.3 0.702

Bảng 2.7 Tải trọng Tường xây 110

Cấu tạo lớp sàn δ (m) gtc (kN/m2) n gtt (kN/m2)

Lớp vữa trát hai bên 0.03 18 0.54 1.3 0.702

Bảng 2.8 Tải trọng tường và cửa phân bố đều trên sàn:

Tên ô sàn Kích thước ô sàn Kích thước cửa Kích thước tường gt gc

Bảng 2.9 Tổng tải trọng tác dụng lên sàn

Tên ô sàn gctt (kN/m2) gtc/sàn (kN/m2) gTT (kN/m2) S1 4.478 3.000163194 7.47816319 S2 4.478 2.311170139 6.78917014

 Hoạt tải tiêu chuẩn p tc (kN/m 2 ) lấy theo TCVN 2737-1995.

Công trình được phân chia thành nhiều loại phòng với các chức năng khác nhau Dựa vào từng loại phòng, chúng ta sẽ tra bảng xác định hoạt tải tiêu chuẩn và nhân với hệ số vượt tải n để tính toán hoạt tải P tt(kN/m²).

Theo TCXDVN 2737-1995, khi thiết kế nhà cao tầng, tải trọng sử dụng cần được nhân với hệ số giảm tải theo chiều cao Tuy nhiên, để đảm bảo tính an toàn và đơn giản trong quá trình tính toán, có thể không xét đến hệ số giảm tải này.

Bảng 2.10 Tổng hợp tải trọng tác dụng lên các ô sàn

STT Cấu tạo sàn Ptc (kN/m2) n Ptt (kN/m2)

5 Mái bằng có sử dụng 0.5 1.3 0.65

TÍNH TOÁN CẤU KIỆN KHUNG

Sơ đồ tính toán khung

Hình 3.1 Sơ đồ tính toán

Chọn tiết diện dầm

Hình 3.2 Mặt bằng bố trí dầm

 Chọn sơ bộ tiết diện dầm:

- Chiều rộng tiết diện dầm được xác định bằng công thức: trong đó là chiều cao dầm

Bảng 3.1 Sơ bộ chọn tiết diện dầm

STT Tên dầm Loại Chiều dài nhịp dầm (m) h d sơ bộ

Chọn tiết diện cột

 Việc lựa chọn hình dáng, kích thước tiết diện cột dựa vào các yêu cầu về kiến trúc và kết cấu.

 Về kiến trúc: theo yêu cầu về thẩm mỹ và yêu cầu về sử dụng không gian

 Về kết cấu: kích thước tiết diện cột đảm bảo độ bền và độ ổn định

 Theo độ bền , diện tích tiết diện cột được xác định bằng công thức

 R b : cường độ tính toán về nén của bê tông.

 N: lực nén, được tính gần đúng như sau N = m s q.F s

 F s : diện tích mặt sàn truyền tải trọng lên cột đang xét

 m s : số sàn phía trên tiết diện đang xét

Tải trọng tương đương q được tính trên mỗi mét vuông mặt sàn, bao gồm cả tải trọng thường xuyên và tạm thời từ bản sàn, cũng như trọng lượng của tường, dầm và cột, được phân bố đều trên sàn Giá trị của q thường được xác định dựa trên kinh nghiệm trong thiết kế.

Nhà có bề dày sàn từ 10 đến 14 cm, bao gồm cả các lớp cấu tạo mặt sàn, thường có ít tường và kích thước dầm, cột nhỏ, với tải trọng q khoảng 10 đến 14 kN/m².

 Với nhà có bề dày sàn trung bình từ 15:20 cm, tường, dầm, cột là trung bình hoặc lớn q= 15:18 kN/m 2

 Với nhà có bề dày sàn khá lớn trên 25 cm, cột và dầm đều lớn thì q có thể đến 20 kN/m 2 hoặc lớn hơn nữa.

Hệ số k được xác định dựa trên các yếu tố như momen uốn, hàm lượng cốt thép và độ mảnh của cột Theo phân tích và kinh nghiệm thiết kế, khi momen uốn lớn và độ mảnh cột (l o) cao, hệ số k t thường nằm trong khoảng 1.3 đến 1.5 Ngược lại, khi momen uốn nhỏ, hệ số k t sẽ được lấy là từ 1.1 đến 1.2.

Hình 3.3 Sơ đồ truyền tải vào cột

 Kích thước tiết diện cột được chọn sơ bộ trong bảng sau:

Bảng 3.2 Sơ bộ tiết diện cột

Chọn kích thước cột b(mm) h(mm)

Hình 3.4 Tiết diện khung trục 6

Tải trọng thẳng đứng

3.4.1 Tĩnh tải 3.4.1.1 Tĩnh tải phân bố đều trên dầm

Trọng lượng bản thân của dầm chỉ được tính cho phần không giao với sàn, trong khi phần sàn giao nhau với dầm sẽ được tính vào trọng lượng của sàn.

 Trọng lượng bản thân dầm:

 Trọng lượng phần bê tông cốt thép:

 Trọng lượng phần vữa trát:

 : hệ số vượt tải của bê tông.

 : trọng lượng riêng của bê tông

 : hệ số vượt tải của vữa ximăng.

 : trọng lượng riêng của vữa xi măng

 :chiều dày lớp vữa trát

Bảng 3.3 Trọng lượng bản thân dầm

Tầng mái Tầng Nhịp dầm Tên dầm

 Tải trọng từ sàn truyền vào dầm khung trục 6

Hình 3.6 Sơ đồ tải trọng từ sàn truyền vào dầm khung trục( tầng điển hình)

Hình 3.7 Sơ đồ tải trọng từ sàn truyền vào dầm khung trục( tầng mái)

 Đối với bản kê 4 cạnh :

Hình 3.8 Sơ đồ truyền tải của bản kê 4 cạnh

 : Chiều dào bản theo phương cạnh ngắn.

 : Chiều dìa bản theo phương cạnh dài.

 : Tải trọng (phần tĩnh tải) tác dụng lên sàn

Hình 3.9 Sơ đồ truyền tải của bản loại dầm

Bảng 3.4 Tải trọng từ sàn truyền vào dầm khung trục 6

Dạng tải trọng Nhịp dầm Ô sàn truyền vào dầm

 Tải trọng từ tường truyền vào dầm khung trục 6

 Các mảng tường xây trên dầm đều có tải trọng tác dụng lên dầm và phân bố đều trên dầm

 Tải trọng từ tường tác dụng lên dầm:

 : là trọng lượng của đơn vị của tường

 : hệ số vượt tải của gạch

 : trọng lượng riêng của gạch

 : là chiều cao của tường

Bảng 3.5 Tổng tĩnh tải truyền vào dầm khung trục 6

3.4.1.2 Tĩnh tải tập trung tại các nút

 Trọng lượng cột trên nút

 ; : kích thước tiết diện cột

Bảng 3.6 Trọng lượng bản thân các cột

Tầng Tên cột Tác dụng vào nút b(m) h(m)

 Lực tập trung do dầm dọc truyền vào nút

 Tải trọng từ sàn truyền vào dầm dọc

Hình 3.10 Sơ đồ truyền tải từ sàn truyền vào dầm dọc( tầng điển hình)

Hình 3.11 Sơ đồ truyền tải từ sàn truyền vào dầm dọc(tầng mái)

 Tải trọng từ sàn truyền vào dầm dọc và từ dầm dọc truyền vào nút được xác định bằng công thức :

 s s : diện tích truyền tải vào nút

Hình 3.12 Diện tích sàn truyền vào nút( tầng điển hình)

Hình 3.13 Diện tích sàn truyền vào nút( tầng mái)

Bảng 3.7 Tải trọng tập trung từ sàn truyền vào các nút

Tầng dầm trục Ô sàn truyền vào dầm Tổng cộng

SM4 4.444 4.76 21.2 d SM4 SM2 4.444 4.444 4.76 5.1 21.2 22.5 43.6 e SM2 4.444 10.12 45.0 45.0 f SM2 SM6 4.444 4.444 5.06 4.32 22.5 19.2 41.7 g sê nô SM6 4.444 4.444 4.32 2.04 19.2 9.1 28.3

 Trọng lượng bản thân dầm dọc: tính toán tương tự như dầm khung

 Tải trọng do trọng lượng bản thân truyền vào các nút: P bt =q bt 1 l d Bảng 3.8 Tải trọng tập trung do trọng lượng bản thân vào các nút

 Tải trọng do tường cửa trên dầm

 Tải trọng do tường + cửa tác dụng vào dầm dọc :

 Trong đó : là hệ số giảm lỗ cửa

 Tải trọng do tường cửa tác dụng và các nút:

Bảng 3.9 Tải trọng tập trung do tường + cửa truyền vào các nút

Bảng 3.10 Tổng tĩnh tải tập trung tại các nút

Hình 3.14 Sơ đồ tĩnh tải tác dụng vào khung(P:kN ; q: kN /m)

Sơ đồ tĩnh tải phân bố đã loại bỏ trọng lượng bản thân, vì khi sử dụng phần mềm SAP 2000, trọng lượng bản thân của dầm đã được tính toán tự động.

 Tương tự như tĩnh tải nhưng chỉ có thành phần do tường truyền vào

3.4.2.1 Hoạt tải phân bố đều trên dầm khung trục

Bảng 3.11 Hoạt tải phân bố đều trên dầm khung

D-E E-F tầng Nhịp dầm Ô sàn truyền vào dầm

Dạng tải trọng tầng mái

3.4.2.2 Hoạt tải tập trung tại các nút Bảng 3.12 Hoạt tải tập trung tại các nút b 1;6;11;16;21;26;31;36;41;46 S4 3.6 4.76 17.1

SM6 1.95 4.32 8.4 sê nô 3.30 2.4 7.9 g' 51 sê nô 3.30 2.4 7.9 Ô sàn truyền tầng dầm trục tác dụng vào các nút

Hình 3.15 Sơ đồ hoạt tải 1 tác dụng vào khung(P:kN ; q: kN /m)

Hình 3.16 Sơ đồ hoạt tải 2 tác dụng vào khung(P:kN ; q: kN /m)

 Tải trọng gió được xác định theo TCVN 2737-1995.

 Vì công trình có chiều cao thấp (M f thì trục trung hoà đi qua sưởn cánh nên cốt thép tiết diện chữ T.

* Tính toán cốt thép tiết diện chữ T

Bước 2: kiểm tra hàm lượng và bố trí cốt thép Nếu α m >α R thì tăng tiết diện phần cánh hoặc đặt cốt kép

3.5.2.2 Tính toán cốt thép đai a Số liệu đầu vào

 Từ bảng tổ hợp có được giá trị Q

 Từ cấp độ bền của bê tông, tra bảng được R b , R bt (Phụ lục 3)

 Từ nhóm thép của cốt dọc, tra bảng được R (Phụ lục 5)

 Bản cánh chịu kéo φ f =0 b Quy trình tính toán

Bước 1: kiểm tra khả năng chịu cắt của bê tông

Nếu Q450 giữa nhịp s≤ s ct = { 500 3 4 h } nếuh>300

Khi Q lớn hơn Q b min, bê tông không đủ khả năng chịu cắt và cần đặt cốt thép đai Bước tiếp theo là chọn đường kính thép đai ∅ (biết a sw) và xác định số nhánh thép đai n Cuối cùng, tính toán khoảng cách cốt đai theo công thức: s tt = 4 φ b2 (1 + ❑ f + ❑ n) m b R bt b h 0 2 R sw n a sw.

Q max s ct chọn như s ct ở bước 1 s≤ min ( s tt , s max ,s ct )

Bước 4: Kiểm tra ứng suất nén chính của bụng dầm: Q ≤ 0,3 φ w 1 φ b1 R b b h 0

Bước 5: Bố trí cốt đai

Tính toán và bố trí thép dọc cho phần tử dầm 165

 Bê tông có cấp độ bền B20

 Tra phụ lục 3 ta có R b =¿ 11,5Mpa;

 Tra phụ lục 1 ta có E b '.10 3 MPa

 Cốt thép loại CII; AII

 Tra phụ lục 5 ta có R s =R sc (0 MPa ;

 Tra phụ lục 7 ta có E s !.10 4 ( MPa)

 Trabảng phụ lục8 ta có:α R =0,429 ; R =0,623

-92.2 -100.9 74.7 78.22 a Tính toán và bố trí cốt thép dọc

- Tính toán cốt thép chịu moment âm

Do 2 gối có moment gần bằng nhau nên lấy giá trị moment lớn hơn để tính cốt thép Tính theo tiết diện chữ nhật có b%0 ×500 (mm)

Ta thấy α m =0,165 A s =8,62 ( cm 2 )

Chiều dày lớp bê tông bảo vệ: a 0 (mm) đảm bảo ≥ ¿

2 0 (mm )=0,03 (m) h 0 tt =h− a tt =0,5 −0,03 =0,47 (m )>h 0 ¿ =0,46 (m )⇒ an toàn

Khoảng hở cốt thép dọc: t= 250−20.2 −4.20

≥(∅ (mm) ,t 0 % ( mm )khi đổ bê tôngmà cốt thép nằmngang)

- Tính toán cốt thép chịu moment dương Xác định S f h ' f 0 (mm )>0,1 h dc =0,1.500P(mm)

Chọn S f `0 (mm ) Xác định bề rộng cánh b' f =S f +b dc `0+2500 (mm) Giả thuyết a@ (mm )⇒ h 0 =h−aP0−40F0 (mm ) Xác định vị trí trục trung hoà

⇒ Trục trung hoà đi qua cánh nên cốt thép tính như tiết diện chữ nhật có b=b' f = 850(mm ) ; hP0(mm) α m = M

Ta thấy α m =0,03 A s =8,62 ( cm 2 )

Chiều dày lớp bê tông bảo vệ: a 0 (mm) đảm bảo ≥ ¿

2 0 (mm )=0,03 (m) h 0 tt =h− a tt =0,5 −0,03 =0,47 (m )>h 0 ¿ =0,46 (m )⇒ an toàn

Khoảng hở cốt thép dọc: t= 250−20.2 −4.20

≥ (∅ (mm) ,t 0 % (mm )khi đổ bê tôngmà cốt thép nằmngang) b Tính toán và bố trí cốt thép đai

Q max x,22(kN )>Q b min c,45 (kN ) nênbê tôngchưa đủkhảnăng chịucắt ⇒ đặt cốt thépngang Đặt cốt đai Chọn cốt đai 6 , 2 nhánh (n=2) Tra phụ lục 14 ta có: a sw =0,283(cm 2 ) s tt = 4 φ b2 ( 1+❑ f +❑ n ) m b R bt b h 0 2 R sw n.a sw

Cốt đai đặt theo cấu tạo:

Vì hP0 (mm)>450 (mm )nên s ct = { 500 h 3 } = { 166,7 500 }

Vì hP0 (mm)>300 (mm ) nêns ct = { 500 3 4 h } = { 300 500 } s≤ min ( s tt , s max ,s ct ) ⇒ s6,7 (mm )

27 10 3 0,25.0,16 =1,09Q max x,22 (kN ) ( thoả)

Kết luận : cốt thép đai ∅ 6 ,s 160

Bố trí cốt thép chịu moment dương Bố trí cốt thép chịu moment

Tổ hợp nội lực và tính toán cốt thép cột

Trong phần tử cột, việc tổ hợp nội lực được thực hiện cho hai tiết diện chính: chân cột (C) và đầu cột (Đ) Tại mỗi tiết diện, ba cặp nội lực cần được tổ hợp bao gồm: (M max , N tu ), (M min , N tu ) và (N max , M tu ) Có hai phương pháp tổ hợp nội lực là THCB1 và THCB2, trong đó tổ hợp tính toán sẽ dựa trên tổ hợp nguy hiểm nhất từ hai phương pháp này.

 Trong đó THCB1 được tổ hợp như sau: ¿Trong đó THCB2 được tổ hợp như sau:

{ M max =M TT +0,9 ∑ M HT +¿ ¿ N tư =N TT +0,9 ∑ N tư ; { M min =M TT +0,9 ∑ M HT −¿ ¿ N tư =N TT +0,9 ∑ N tư ;¿ Bảng 3.20 Bảng tổ hợp nội lực cột khung

3.6.2 Tính toán cốt thép cột 3.6.2.1 Tính toán cốt thép dọc

Để tính toán cho cấu kiện chịu nén lệch tâm, cần xem xét 3 tổ hợp tại mỗi tiết diện và 2 tiết diện của cột, tổng cộng có 6 tổ hợp M-N Việc xác định cốt thép được thực hiện cho từng tổ hợp, sau đó chọn giá trị A s max trong 6 tổ hợp này để tiến hành thiết kế.

 Thường cốt dọc trong cột bố trí theo dạng đối xứng: A s = A ' s (cường độ thép R s = R sc ). a Quy trình tính toán

Số liệu đầu vào: M;N;b;h; R b ; R s ; R sc ; M dh ; N dh ;l ; E b ; E s

 Bước 1: Xác định chiều dài tính toán l 0 =φ.l

 l là chiều dài thực tế của cột

 φ : là hệ số uốn dọc phụ thuộc vào liên kết của cấu kiện

 Với kết cấu sàn đổ toàn khối, khung có 3 nhịp trở lên thì φ=0,7

 Bước 2: Giả thuyết a; a’ Tính h 0 =h−a Tính z a =h 0 −a

 Bước 3: Xác định độ mảnh λ= l 0 h Từ λ→ μ min

 Bước 4: Xác định độ lệch tâm ngẫu nhiên e a = max ⁡ ( 1

 Bước 5: xác định độ lệch tâm e 1 = | M N |

 Bước 6: Xác định độ lệch tâm ban đầu e 0 Cột là cấu kiện siêu tĩnh nên e 0 =max ( e 1 ;e a )

 Bước 7: Xét ảnh hưởng của uốn dọc nếu λ ≤ 4 cho phép bỏ qua ảnh hưởng uốn dọc lấy =1 nếu λ>4 phải xét đến ảnh hưởng của uốn dọc

Với N cr : là lực dọc tới hạn, được xác định bằng công thức thực nghiệm

 l 0 : là chiều dài tính toán của cấu kiện

 E b : là modun đàn hồi của bê tông

 I : là moment quán tính của tiết diện lấy đối với trục qua trọng tâm tiết diện và vuông góc với mặt phẳng uốn ( I = b.h 3

Moment quán tính của tiết diện cốt thép dọc chịu lực được tính theo công thức I_s = μ ¿ b.h_0 (h^2 - a)^2, với trục qua trọng tâm tiết diện và vuông góc với mặt phẳng uốn Tham số α được xác định bởi E_s.

E b Với E s : là modun đàn hồi của thép

S: hệ số xét đến ảnh hưởng của độ lệch tâm S= 0,11

Hệ số δ e được xác định theo quy định là δ e = max(e h 0; δ min), trong đó δ min = 0,5 - 0,01.l 0 h - 0,01.R b (R b tính bằng Mpa) Hệ số φ P phản ánh ảnh hưởng của cốt thép căng ứng lực trước, thường được đặt là φ P = 1 cho kết cấu BTCT Hệ số φ l, có giá trị lớn hơn hoặc bằng 1, xét đến ảnh hưởng của tải trọng tác dụng dài hạn, được tính bằng φ l = 1 + β.M dh + N dh.y.

M +N y y là khoảng cách từ trọng trọng tâm tiết diện đến mép chịu kéo (hoặc nén ít), với tiết diện chữ nhật: y=0,5h.

 là hệ số phụ thuộc vào loại bêtông, lấy theo Bảng 29-TCVN 5574:2012 Bê tông nặng nên β=0,01

M dh ; N dh :l à nội lực do tải trọng tác dụng dài hạn

 Bước 9: Xác định sơ bộ chiều cao vùng nén và diện tích cốt thép Dùng cốt thép có R s =R sc

Giả thuyết: 2 a ' < x< R h 0 được thoả mãn Khi đó x 1 = N

Các trường hợp tính toán

 Trường hợp 1: 2 a ' < x< R h 0 trường hợp lệch tâm lớn, lấy x =x 1 Tính diện tích cốt thép theo công thức: A s = A ' s = N (e+0,5 x −h 0 )

Tính diện tích cốt thép theo công thức: A s = A ' s = N (e−Z a )

 Trường hợp 3: Nếu x ¿ ξ R h 0 => trường hợp lệch tâm bé, tính lại x theo công thức gần đúng của G.S Nguyễn Đình Cổng x= [ ( 1− ξ R ) γ a n+2 ξ R (n ε− 0,48) ] h 0

Sau đó tính lại diện tích cốt thép như trường hợp 1

 Bước 10: Kiểm tra Khi A s > 0 Kiểm tra hàm lượng cốt thép μ %= 100 A s b.h 0 ≥ μ min μ t %= 100.( A s + A s ' ) b.h 0 =2 μ %< μ max μ max =3%

Kiểm tra lại giá trị μ t % và μ ¿; nếu chênh lệch lớn, cần giả định lại và thực hiện tính toán mới Trong trường hợp kích thước tiết diện quá lớn, cần đặt cốt thép theo cấu tạo hợp lý.

 Bước 11: Bố trí cốt thép b Yêu cầu cấu tạo:

 Cốt dọc chịu lực có đường kính trong khoảng 1240mm Khi cạnh tiết diện >200mm nên dung cốt có đường kính 16mm.

 Khi h > 500mm thì cần có cốt cấu tạo đặt vào bên hông tiết diện (hình vẽ), đường kính cốt cấu tạo  12

 Khoảng hở giữa các cốt dọc:

Trong trường hợp có biện pháp cố định cốt dọc thì cho phép khoảng hở ≥ d , ≥ 50. c Ví dụ minh hoạ: Tính toán cốt thép cột cho phần tử cột 112

 Tra phụ lục 7 ta có E s !.10 4 ( MPa)

0,45 =6,07 >4 nên phải xét đến sự ảnh hưởng của uốn dọc

 độ lệch tâm ngẫu nhiên

Bảng 1 các cặp nội lực để tính côt thép đối xứng phần tử cột 112

3 e max 42.51 -535.91 -3.0981 -757.914 kí hiệu cặp nội lực đặc điểm cặp nội lực

 Tính toán cốt thép đối xứng cho cặp nội lực 1

3.6.2.2 Tính toán cốt thép đai

Cốt đai trong cấu kiện chịu nén không yêu cầu tính toán, đặc biệt khi tải trọng Q tương đối nhỏ Cốt đai này giúp giữ ổn định cho cốt dọc chịu nén, đảm bảo vị trí của cốt dọc trong quá trình đổ bê tông, đồng thời cải thiện khả năng chịu nén của bê tông bằng cách giảm thiểu biến dạng nở hông.

+ Đường kính cốt đai d đ { ≥ 0,25 ≥ 5 mm d max ¿

+ Khoảng cách cốt đai a đ { ≤ kd ≤ a min 0

Khi R sc ≤ 400 MPa ; lấy k và a 0 P0 mm

Khi R sc >400 MPa ; lấy k và a 0 @0 mm

+ Tại vị trí nối buộc a đai  10d min

Để đảm bảo sự ổn định, cốt dọc nên được đặt tại các góc của đai, với yêu cầu tiêu chuẩn là cứ mỗi cốt dọc sẽ có một cốt dọc nằm ở góc đai Trong trường hợp cạnh tiết diện nhỏ hơn hoặc bằng 400 mm và không quá 4 thanh trên một cạnh, có thể sử dụng một đai bao quanh tất cả cốt dọc.

Tính toán và bố trí cốt thép cho phần tử cột 112 a Tính toán và bố trí cốt thép dọc

 Tra phụ lục 7 ta có E s ! 10 4 ( MPa)

0,45 =6,07 >4 nên phải xét đến sự ảnh hưởng của uốn dọc

 độ lệch tâm ngẫu nhiên

Các cặp nội lực để tính côt thép đối xứng phần tử cột 112

3 e max 42.51 -535.91 -3.0981 -757.914 kí hiệu cặp nội lực đặc điểm cặp nội lực

Để tính toán và bố trí cốt thép đối xứng cho cặp nội lực 1, ta có e1 = |M N| = |−1029,06 −53,98| = 0,05 m Cột được xem là kết cấu siêu tĩnh, do đó 0 = max(e1; ea) = max(0,05; 0,015) = 0,05 m Lực dọc tới hạn được xác định theo công thức.

(với cấu kiện BTCT thường φ P =1 ¿ φ l =1+β M dh +N dh y

Xác định chiều cao vùng nén vìcốt thép có R s =R sc nêngiả thuyết 2a ' < x < R h 0 đượcthoả mãn

2 a ' =2.0,04=0,08 x 1 > R h 0 giả thuyết không đúng, có trường hợp nén lệch tâm bé, tính lại x x= [ ( 1− R ) γ a n+2 R (n.ϵ −0,48) ] h 0

Tính toán và bố trí cốt thép đối xứng cho cặp nội lực 2 e 1 = | M N | = | −1260,40 −50,13 | = 0,04 (m) cột là kết cấu siêu tĩnh nên 0 = max ( e 1 ; e a ) = max ( 0,04; 0,015) = 0,04 (m) Lực dọc tới hạn được xác định theo công thức.

(với cấu kiện BTCT thường φ P =1¿ φ l =1+β M dh +N dh y

Xác định chiều cao vùng nén vìcốt thép có R s =R sc nêngiả thuyết 2a '

Định dạng
Số trang	98
Dung lượng	2,84 MB