Trang 2 TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCMBỘ MƠN KẾT CẤU CƠNG TRÌNHBÀI TẬP LỚN HỌC PHẦN BTCT – 1SÀN SƯỜN TOÀN KHỐI CÓ BẢN DẦMHọ và tên sinh viên: Trịnh Tuấn Hoàng; Lớp: XD21/A4;ĐỀSỐ: N2 – 2
Trường Đại học Kiến Trúc Tp Hồ Chí Minh Khoa Xây dựng THUYẾT MINH KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP 1 GVHD: Th.S Trần Thị Nguyên Hảo SVTH: Trịnh Tuấn Hoàng LỚP: XD21/A4 MSSV: 21520100143 LỚP HP: 2311051001003 Tháng 12 – 2023 TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM BỘ MÔN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH BÀI TẬP LỚN HỌC PHẦN BTCT – 1 SÀN SƯỜN TOÀN KHỐI CÓ BẢN DẦM Họ và tên sinh viên: Trịnh Tuấn Hoàng; Lớp: XD21/A4; ĐỀ SỐ: N2 – 2 Tính toán và cấu tạo sàn sườn toàn khối có sơ đồ mặt bằng như hình vẽ Với các số liệu sau: Tải trọng tạm thời L1= 2,3 m L2= 5,3 m qk,t= 5,3 kN/m2 Hệ số = 1,1 Sinh viên làm các số liệu sau đây: Chọn vật liệu sử dụng cho sàn (cấp độ bền bê tông, loại thép) Dự kiến cấu tạo các lớp sàn và kích thước tiết diện các cấu kiện của sàn Tính toán và cấu tạo cốt thép cho các bộ phận: đan sàn – dầm phụ – dầm chính Các nội dung trên phải được trình bày đầy đủ vào bản thuyết minh có khổ giấy A4 (210 x 297), in 2 mặt Bìa cứng của thuyết minh có ghi các danh mục theo hướng dẫn, trang đầu của tập thuyết minh là bản chính của PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ Sinh viên phải thể hiện một bản vẽ khổ A1 (600 x 850) với nội dung theo chỉ dẫn, có khung tên thống nhất: Ngày ra đề: 06 – 11 – 2023 GV MÔN HỌC Ngày nộp bài: 21 – 12 – 2023 Trần Thị Nguyên Hảo MỤC LỤC I Số liệu ban đầu 2 II Vật liệu 2 III Thiết kế sàn: 2 1 Sơ bộ kích thước tiết diện .2 2 Xác định tải trọng 3 3 Xác định nội lực 3 4 Tính và bố trí thép 4 IV Thiết kế dầm phụ .5 1 Sơ đồ tính .5 2 Xác định tải trọng 5 3 Xác định nội lực 5 4 Tính toán và bố trí cốt thép 6 V Thiết kế dầm chính 10 1 Sơ đồ tính 10 2 Xác định tải trọng .10 3 Xác định nội lực 11 4 Tính toán và bố trí cốt thép 15 5 Biểu đồ bao vật liệu dầm chính 19 TÀI LIỆU THAM KHẢO 21 1 I Số liệu ban đầu - L1 2,3 (m) Ldc 3L1 6,9 (m) - L2 5,3 (m) Ldp - Tải trọng tạm thời tiêu chuẩn: qk,t 5,3 (kN/cm2 ) ; hệ số vượt tải: f 1,2 II Vật liệu - Chọn bê tông có cấp độ bền B20: R b 11,5 MPa 1,15 (kN/cm2 ) R bt 0,9 MPa 0,09 (kN/cm2 ) Eb 27,5 GPa 2750 (kN/cm2 ) - Thép sử dụng cho sàn và cốt đai, cốt treo: CB240T: R s R sc 210 MPa 21(kN/cm2 ) R sw 170 MPa 17 (kN/cm2 ) Es 200 GPa 2.104 (kN/cm2 ) ξR 0,615 αR 0,426 - Thép dọc dầm chính, phụ: CB300V: R s R sc 260 MPa 26 (kN/cm2 ) R sw 210 MPa 21(kN/cm2 ) Es 200 GPa 2.104 (kN/cm2 ) ξR 0,583 αR 0,413 III Thiết kế sàn: Xét L2 5,3 2,304 2 L1 2,3 Vậy bản sàn thuộc loại bản dầm, làm việc 1 phương theo cạnh ngắn Để tính toán ta cắt theo phương cạnh ngắn (phương vuông góc với dầm phụ), một dải b = 1m Xem bản như một dầm liên tục nhiều nhịp, gối tựa là dầm phụ 1 Sơ bộ kích thước tiết diện 1 1 1 1 - Chiều dày sàn: h b L1 230 (6,57 7,67) Chọn 7,0 cm 35 30 35 30 1 1 1 1 - Chiều cao dầm phụ: h dp Ldp 530 (37,86 44,17) Chọn 40 cm 14 12 14 12 1 1 1 1 - Chiều dày dầm chính: h dc Ldc 690 (57,5 69) Chọn 60 cm 12 10 12 10 2 1 2 1 2 - Bề rộng dầm chính: bdc h dc 60 15 40 Chọn 30 cm 4 3 4 3 1 2 1 2 - Bề rộng dầm phụ: bdp hdp 40 10 26,6 Chọn 20 cm 4 3 4 3 Kích thước dầm chính: b h (30 60) cm , kích thước dầm phụ: b h (20 40) cm - Nhịp tính toán: + Nhịp biên: Lob L1 3 bdp 2,3100 3 20 200 (cm) 2 2 + Nhịp giữa: Log L1 bdp 2,3100 20 210 (cm) Vậy chọn Ls L0 210 cm (thiên về an toàn) 2 Xác định tải trọng q qs gs (kN/cm2 ) Với: Tải trọng tạm thời: qs qk,t f 5,31,2 6,36 (kN/cm2 ) Lớp cấu tạo Chiều dày Trọng lượng Giá trị tiêu chuẩn Hệ số Giá trị tính toán (mm) riêng (kN/m3) (kN/m2) tin cậy (kN/m2) Gạch lát nền (ceramic) 10 20 0,2 1,1 0,22 Vữa lót Đan BTCT 20 18 0,36 1,1 0.396 Vữa tô 70 25 1,75 1,1 1,925 15 18 0,27 1,1 0,297 Tổng cộng 2,58 2,838 Tải trọng thường xuyên: gs 2,838 (kN/m2 ) Tổng tải trọng tác dụng lên sàn với dải bàn có chiều rộng b = 1m: q (qs gs ) 1 (6,36 2,838) 1 9,198 (kN/m) 3 Xác định nội lực - Momen tại nhịp biên, gối 2: M qL20 9,198 (2,1)2 3,688 (kN.m) 11 11 3 - Momen tại nhịp giữa, gối giữa: M qL20 9,198 (2,1)2 2,535 (kN.m) 16 16 4 Tính và bố trí thép a/ Tính toán: tiết diện tính toán của bàn là CKCU tiết diện b = 1m Giả sử a 1,5 cm h0 h a 7,0 1,5 5,5 cm αm 2 M , xét điều kiện αm αR Phá hoại dẻo, tính cốt đơn Rb b.h0 ξ 1 1 2αm Diện tích cốt thép: As ξ R b.b.h0 Rs Hàm lượng cốt thép: μ As 100% , với điều kiện b.h0 0,05% μ μmax ξ R R b 100% 0,615 1,15 100% 3,37% Rs 21 Vị trí M αm ξ As As chọn μ 0,6% ( kN.m ) ( cm2 ) ( cm2 ) 0,43% Gối 2, 3,688 0,106 0,112 3,373 8a150 3,351(cm2 ) nhịp biên 2,535 ( 0,426 αR ) 0,076 2,289 (Δ As 0,65% 5%) Gối giữa, 6a120 2,356 (cm2 ) 0,073 nhịp giữa ( 0,426 αR ) (ΔAs 2,93% 5%) b/ Bố trí thép: * Thép chịu lực: - Đoạn vươn của cốt thép chịu momen âm tại gối 2 và gối giữa là L/4, tính từ mép dầm - Đoạn vươn của cốt thép chịu momen âm tại gối biên là L/6, tính từ mép dầm - Cốt thép chịu momen âm, bố trí phía trên, - Cốt thép chịu momen dương, bố trí phía dương * Thép cấu tạo: tác dụng định vị thép chịu lực và chống co ngót của bê tông không đồng đều - Thép cấu tạo: đặt phía trên, vuông góc với cốt thép chịu momen âm chọn 6 a 250 - Thép cấu tạo đặt theo phương cạnh dài: đặt phía dưới, vuông góc với cốt thép chịu momen dương chọn 6 a 250 4 IV Thiết kế dầm phụ 1 Sơ đồ tính - Nhịp tính toán: + Nhịp biên: Lob Ldp 3 bdc 5,3100 3 30 485 (cm) 2 2 + Nhịp giữa: Log Ldp bdc 5,3100 30 500 (cm) Vậy chọn L0 500 cm (thiên về an toàn) 2 Xác định tải trọng - Tải trọng thường xuyên: g gsL1 g0 2,838 2,3 1.815 8,342 (kN / m) g0 btct 1,1 bdp (hdp h b ) 25 1,1 20 102 (40 7) 102 1,815 (kN / m) - Tải trọng tạm thời: q qs L1 6,36 2,3 14,628 (kN / m) Tải trọng phân bố trên dầm phụ: qd g q 8,342 14,628 22,97 (kN / m) 3 Xác định nội lực a/ Momen: Xét tỉ số q 14,628 1,75 Tra phụ lục 16 - Kết cấu bê tông cốt thép (Phan Quang Minh) g 8,342 k 0,239 Tung độ biểu đồ bao momen tính theo công thức: Mmin 2.qd L0 ; Mmax 1.qd L0 2 2 (β tra theo phụ lục 16 − Kết cấu bê tông cốt thép (Phan Quang Minh) - Ở nhịp biên, momen âm triệt tiêu cách gối tựa thứ 2 một đoạn: X1 k.L0 0,239 500 119,5 (cm) - Momen dương triệt tiêu cách gối tựa một đoạn: X2 0,15.L0 0,15 500 75 (cm) 5 - Momen dương lớn nhất cách gối tựa biên một đoạn: X3 0,425.L0 0,425 500 212,5 (cm) Vị trí Tiết diện L0 qd L 2 1 2 M max M min 0 (m) (kN.m) (kN.m) (kN.m) 1 0,065 37,33 2 0,09 51,68 Biên 0,425L0 5,0 574,25 0,091 52,26 3 0,075 43,07 4 0,02 11,49 Gối 2 5 5,0 574,25 -0.0715 -41,06 6 0,018 -0,028 10,34 -16,08 Giữa 7 5,0 574,25 0,058 -0,006 33,31 -3,45 0,5L0 0,0625 35,89 b/ Lực cắt: - Tính toán lực cắt theo sơ đồ khớp dẻo, tung độ của biên độ bao lực cắt được xác định: + Gối thứ nhất: Q1 0,4qdL0 0,4 22,97 5 45,94 (kN) + Bên trái gối thứ hai: QT 0,6q d L 0 0,6 22,97 5 68,91 (kN) 2 + Bên phải gối thứ hai và các gối giữa: Q 2P Q iT Q iP 0,5q d L 0 0,5 22,97 5 57,425 (kN ) 4 Tính toán và bố trí cốt thép a/ Tính toán thép chịu lực Giả sử: a = 5cm h0 h dp a 40 5 35 (cm) * Tại tiết diện ở nhịp: tính thép theo CKCU tiết diện chữ T (quy đổi), vì phần bản cánh chịu nén cùng với phần sườn - Bề dày cánh: h f' h b 7,0 (cm) - Xét h 'f 7,0 0,175 0,1 h dp 40 - Độ vươn cánh Sf được xác định như sau: 6 + Sf 1 Ldp 5,3100 88,333(cm) 6 6 + Sf 1 Ls 210 105 (cm) 2 2 + Sf 6hf' 6 7,0 42 (cm) Chọn Sf 42,0 (cm) - Bề rộng cánh: bf' bdp 2Sf 20 42 2 104 (cm) - Kích thước tiết diện chữ T: b f' 1 0 4 cm ; h ' 7,0 cm ; b 20cm ; h 40 cm f Vị trí trục trung hòa: Mf R b bf' h f' (h 0 0,5h ' ) 1,15 104 7 (35 0,5 7) 26371,8 kN.cm 263,718 kN.m f Mmax 51,217 (kN.m) Mmax Mf Trục trung hòa nằm trên cánh, tính cốt thép theo tiết diện hình chữ nhật bf' h 104 40 * Tiết diện tại gối: bản cánh nằm trong vùng chịu kéo, không góp phần chịu lực chung với sườn Tính toán theo CKCU có tiết diện: b h (20 40) * Công thức tính toán: αm 2 M , xét điều kiện αm αR Phá hoại dẻo, tính cốt đơn ξ 1 1 2αm Rb b.h0 Diện tích cốt thép: As ξ R b.b.h0 Rs Hàm lượng cốt thép: μ As 100% , với điều kiện b.h0 0,05% μ μmax ξ R R b 100% 0,583 1,15 100% 2,58% Rs 26 Tiết diện M αm ξ As As chọn μ ( kN.m ) ( cm2 ) ( cm2 ) Nhịp biên 51,217 0,035 0,036 5,796 216 116 6,032 0,16% (104 40) ( 0,413 αR ) Gối 2 0,143 40,242 0,155 4,8 214 116 5,09 0,72% (20 40) ( 0,413 αR ) Nhịp giữa 32.644 0,022 0,022 3,542 216 4,02 0,11% (104 40) ( 0,413 αR ) 7 b/ Tính toán thép cốt đai * Kiểm tra điều kiện tính cốt đai: 0,5R bt bh0 Q 0,3R bbh 0 0,5 0,09 20 35 68,22 0,31,15 20 35 31,5 68,22 241,5 Thỏa Đặt cốt đai * Tính toán: tại tiết diện bên trái gối, có Q = 68,22 (kN) - Chọn cốt đai 6 (asw 0,283 cm2 ) ,số nhánh cốt đai n = 2 Asw n.asw 2 0,283 0,566 (cm2 ) - Chọn stk 15 min(sct , smax ) min(15 ; 32,32) 15 cm sct min (h ;15) min (40 ;15) 15 cm 2 2 smax R bt bh 02 0,09 20 352 32,32 cm Q 68,22 - qsw R sw Asw 17 0,566 0,642 (kN / cm) s tk 15 - Qđb 4,5R bt bh02qsw 4,5 0,09 20 352 0,642 79,81 (kN) Q Qđb Không cần đặt cốt xiên và stk 15 cm thỏa Chọn 6a150 * Tính toán: không tính cốt ngang, đặt đai theo cấu tạo stk min( 3 h ; 50) min( 3 40 ; 50) min(30 ; 50) 30 4 4 stk 25 cm 250 mm Chọn 6a250 c/ Tính toán đoạn neo thép dọc - Đoạn neo thép phía dưới: R bond 1.2.R bt 2,5 1 0,09 0,225 (kN / cm2 ) Lo,an R s.As 26 201,1 462,31 mm R bond Us 0,225 16 Lan 1.Lo,an As,cal 0,75 462,311 346,73 mm A s,ef Chọn 350 mm - Đoạn neo thép phía trên: R bond 1.2.R bt 2,5 1 0,09 0,225 (kN / cm2 ) Lo,an R s.As 26 307,9 809 mm R bond Us 0,225 14 8 Lan 1.Lo,an As,cal 1 809 1 809 mm A s,ef Chọn 809 mm 9 V Thiết kế dầm chính 1 Sơ đồ tính - Nhịp tính toán: L0 6,9 m 2 Xác định tải trọng - Tải trọng thường xuyên: G G1 G0 G0 btct 1,1 bdc (h dc h b ) L1 25 106 1,1 30 (60 7) 2,3 100 10,06 (kN) G1 g L2 8,342 5,3 44,21 (kN) G 54,27 (kN) - Tải trọng tạm thời: Q q L2 14,628 5,3 77,53 (kN) 10 3 Xác định nội lực a/ Momen: Sơ đồ chất tải: Giá trị momen được tính theo công thức: M = hệ số ( , ) x lực Với giá trị , được tra theo phụ lục 19 - Kết cấu bê tông cốt thép - cấu kiện cơ bản, TCVN 5574-2018 Sơ đồ M11 M12 MB M21 M22 MC MD TT 89,12 53,55 41,57 - 71,15 HT1 153 127,32 - 107,1 29,58 - 59,38 - 50,82 - 82,92 HT2 - 25,68 - 50,82 118,76 - 50,82 - 70,08 HT3 - 76,45 - 67,94 - 25,68 HT4 - 153 HT5 - 76,45 110,2 - 76,45 HT6 50,82 - 171,72 - 50,82 19,26 - 101,64 11 12 Cm n (SG t SQ ) 0,87 (SG 1 SQ ) * Gối B: Mmg tr (242,57 2,38) 230 15 2,38 226,6 (kN.m) 230 Mmg ph (242,57 33,37) 230 15 33,37 228,93 (kN.m) 230 Chọn: Mmg B 228,93 (kN.m) * Gối C: Mmg tr Mmg ph (195,01 15,5) 230 15 15,5 183,3 (kN.m) 230 13 * Gối D: Mmg tr (181,6 33,37) 230 15 33,37 171,93 (kN.m) 230 Mmg ph (181,6 2,38) 230 15 2,38 169,60 (kN.m) 230 Chọn: Mmg D 171,93 (kN.m) b/ Lực cắt: Với: Q tan ( do đạo hàm của momen chính là lực cắt) : là góc được tạo bởi thanh ngang và giá trị của momen ở thanh đang xét 14 Sơ đồ Đoạn TT HT1 HT2 HT3 HT4 HT5 HT6 A-1 38.75 66.52 -11.17 52.64 -7.37 2.8 62.8 -11.17 -11.17 -24.89 -7.37 2.8 -14.73 1-2 -15.47 -88.62 -11.17 -102.07 -7.37 2.8 -92.26 3.72 81.17 98.7 62.72 -13.86 22.1 2-B -69.85 3.72 3.72 21.17 -14.81 -13.86 22.1 3.72 -73.73 -56.37 -92.34 -13.86 22.1 B-1 59.23 73.73 -3.72 92.34 78.46 -22.1 -3.72 -3.72 -8.3 14.81 0.93 -22.1 1-2 5.2 -81.17 -3.72 -8.3 -62.72 -76.6 -22.1 11.17 88.62 -8.3 7.37 10.16 92.26 2-C -49 11.17 11.17 89.55 7.37 10.16 14.73 11.17 -66.52 12.02 7.37 10.16 -62.8 C-1 49 -65.51 1-2 -5.2 2-D -59.23 D-1 69.85 1-2 15.47 2-E -38.75 4 Tính toán và bố trí cốt thép a/ Tính toán thép chịu lực 15 Giả sử: a = 7cm h0 h dc a 60 7 53 (cm) * Tại tiết diện ở nhịp: tính thép theo CKCU tiết diện chữ T (quy đổi), vì phần bản cánh chịu nén cùng với phần sườn - Bề dày cánh: h f' h b 7,0 (cm) - Xét h 'f 7,0 0,117 0,1 hdc 60 - Độ vươn cánh Sf được xác định như sau: + Sf 1 Ldc 2,3 3 100 115(cm) 6 6 + Sf 1 (L2bdc ) 5,3100 30 250 (cm) 2 2 + Sf 6hf' 6 7,0 42 (cm) Chọn Sf 42,0 (cm) - Bề rộng cánh: bf' bdc 2Sf 30 42 2 114 (cm) - Kích thước tiết diện chữ T: b f' 1 1 4 cm ; h ' 7,0 cm ; b 30cm ; h 60 cm ; h 0 53 cm f Vị trí trục trung hòa: Mf R b bf' h f' (h 0 0,5h ' ) 1,15 114 7 (53 0,5 7) 45426,15 ( kN.cm) f 454,2615 (kN.m) Mmax 210,64 (kN.m) Mmax Mf Trục trung hòa nằm trên cánh, tính cốt thép theo tiết diện hình chữ nhật bf' h 114 60 * Tiết diện tại gối: bản cánh nằm trong vùng chịu kéo, không góp phần chịu lực chung với sườn Tính toán theo CKCU có tiết diện: b h (30 60) * Công thức tính toán: αm 2 M , xét điều kiện αm αR Phá hoại dẻo, tính cốt đơn Rb b.h0 ξ 1 1 2αm Diện tích cốt thép: As ξ R b.b.h0 Rs Hàm lượng cốt thép: μ As 100% , với điều kiện b.h0 0,05% μ μmax ξ R R b 100% 0,583 1,15 100% 2,58% Rs 26 16 Tiết diện M αm ξ As As chọn μ 0,25% ( kN.m ) ( cm2 ) ( cm2 ) 1,24% 0,18% Nhịp biên 210,64 0,057 0,059 15,78 2 22 2 22 15,206 0,93% (114 60) ( 0,413 αR ) Gối 2 0,236 (30 60) 228,93 0,273 19,2 2 25 2 25 19,636 ( 0,413 αR ) Nhịp giữa 139,49 0,038 0,039 10,42 2 22 1 20 10,745 (114 60) ( 0,413 αR ) Gối giữa 183,3 0,189 0,211 14,84 2 25 1 25 14,727 (30 60) ( 0,413 αR ) b/ Tính toán thép cốt đai * Tại vị trí gối có Qmax = 171,92 kN - Kiểm tra điều kiện tính cốt đai: 0,5R bt bh0 Q 0,3R bbh 0 0,5 0,09 30 53 171,92 0,31,15 30 53 71,55 171,92 548,55 Thỏa Đặt cốt đai - Tính toán: - Chọn cốt đai 8 (asw 0,503 cm2 ) ,số nhánh cốt đai n = 2 Asw n.asw 2 0,503 1,006 (cm2 ) - Chọn stk 15 min(sct , smax ) min( 20 ; 44,79) 20 cm sct min ( h ; 30) min (60 ; 30) 20 cm Chọn sct = 20 cm 3 3 smax R bt bh 02 0,09 30 532 44,79 cm Q 169,35 - qsw R sw Asw 17 1,006 1,14 (kN / cm) s tk 15 - Qđb 4,5R bt bh02qsw 4,5 0,09 30 532 1,14 197,25 (kN) Q Qđb Không cần đặt cốt xiên và stk 15 cm thỏa Chọn 8a150 17 * Tại vị trí nhịp có Qmax = 40,36 kN - Kiểm tra điều kiện tính cốt đai: 0,5R bt bh0 Q 0,3R bbh 0 0,5 0,09 30 53 40,36 0,31,15 30 53 71,55 30,48 548,55 Không thỏa Không tính cốt ngang, đặt đai theo cấu tạo stk min( 3 h ; 50) min( 3 60 ; 50) min(45 ; 50) 45 4 4 stk 30 cm 300 mm Vậy chọn 8a250 c/ Tính toán cốt treo: Pcb = G1 + Q = 44,21 + 77,53 = 121,74 kN - Sử dụng cốt treo dạng đai: chọn - Chọn cốt thép 8 (asw 0,503 cm2 ) ,số nhánh cốt thép n = 2 - Diện tích cốt treo cần thiết là: Asw Pcb (1 h1 ) với h1 h0 hdp 53 40 13 cm R sw h0 Asw 121,74 13 2 min 2 1 5,4 cm Asw 5,4 cm 17 53 - Số cốt treo cần thiết là n1 Asw n1 n a sw n1 2 0,503 5,4 cm2 n1 5,3 Chọn n1 = 6, bố trí mỗi bên dầm phụ 3 đai, mỗi đai cách nhau 50mm = 5cm (tổng chiều dài bố trí là 15cm) Vậy chọn 2 38a50 d/ Tính toán đoạn neo thép dọc - Đoạn neo thép phía dưới: R bond 1.2.R bt 2,5 1 0,09 0,225 (kN / cm2 ) Lo,an R s.As 26 490,9 722,26 mm R bond Us 0,225 25 Lan 1.Lo,an As,cal 0,75 722,26 1 541,7 mm A s,ef Chọn 542 mm - Đoạn neo thép phía trên: R bond 1.2.R bt 2,5 1 0,09 0,225 (kN / cm2 ) Lo,an R s.As 26 490,9 722,26 mm R bond Us 0,225 25 Lan 1.Lo,an As,cal 1 722,26 1 722,26 mm A s,ef Chọn 722 mm 18