đồ án môn học kết cấu công trình bê tông cốt thép

GVHD: TS Nguyễn Văn Hậu SVTH: Nguyễn Mạnh Tùng + Tổng tải trọng tiêu chuẩn các lớp cấu tạo:- Riêng các ô sàn S5 có tường xây dày 100mm để đơn giản ta sẽ gán tải trọng phân bố đều lên sàn

Trang 2

GVHD: TS Nguyễn Văn Hậu SVTH: Nguyễn Mạnh Tùng

Trang 3

CHƯƠNG 1: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ SÀN BẰNG PHƯƠNG

Trang 4

- Bề rộng dầm:

Vậy chọn dầm có tiết diện

1.1.2 Tải trọng tác dụng lên sàn

Hoạt tải: Tùy theo công năng sử dụng của các phòng mà các ô sàn chịu các hoạt tải sử dụng khác nhau Theo TCVN 2737-2023 ta có hoạt tải tác dụng lên các ô sàn như sau:

Bảng 1 1 Hoạt tải tính toán (kN/m )2

Ô bản Công dụng Hệ số vượt tải Hoạt tải tiêu chuẩn Hoạt tải tính toán

+Trọng lượng lớp vữa trác tạo độ dốc: + Trọng lượng lớp bê tông gạch vỡ:

ĐỒ ÁN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH BTCT TRANG

Trang 5

GVHD: TS Nguyễn Văn Hậu SVTH: Nguyễn Mạnh Tùng + Tổng tải trọng tiêu chuẩn các lớp cấu tạo:

- Riêng các ô sàn S5 có tường xây dày 100(mm) để đơn giản ta sẽ gán tải trọng phân bố đều lên sàn:

Trong đó: + Hệ số vượt tải:

+ Trọng lượng riêng của tường: + Chiều rộng tường: + Chiều dài tường:

+ Chiều cao tường: + Diện tích sàn:

- Tĩnh tải tường (Gán vào dầm chính, dầm phụ): + Đối với tường 100:

+ Đối với tường 200:

Tiêu chuẩn Tính toán Tải sàn Tải tường Tổng

tĩnh tải Tải sàn Tải tường

Trang 6

Tiêu chuẩn Tính toán Tải sàn Tải tường Tổng

tĩnh tải Tải sàn Tải tường + Trọng lượng tường xây ( TLTX ) + Trọng lượng cấu tạo và thiết bị ( TLHT ) + Hoạt tải

Hình 1 2 Khai báo vật liệu

Trang 7

Hình 1 4 Tổ hợp tải trọng tính chuyển vị và thép

Hình 1 5 trọnglượng bản thân sàn (TLBT)

Trang 8

Hình 1 6 Hoạt tải 1 (HT1)

Hình 1 7 Hoạt tải 2 (HT2)

Trang 9

Hình 1 8 Tĩnh tải tường xây

Trang 10

Hình 1 8 Tĩnh tải tường xây

Trang 11

Hình 1 11 Moment theo phương X

Hình 1 12 Moment theo phương Y

Trang 12

GVHD: TS Nguyễn Văn Hậu SVTH: Nguyễn Mạnh Tùng - Giả thiết đối với các thanh thép nằm dưới nhịp ( chịu mô men ) và các thanh thép ở gối ( chịu mô men và ), đối với các thanh thép chịu mô men âm nằm trên (các thanh thép )

Trang 13

Trang 48

Cầu thang tầng trệt có: Ta xác định được:

Cầu thang tầng điển hình có:

Ta xác định được:

Hình 3 5 Sơ đồ tính cầu thang tầng trệt với tĩnh tải

Hình 3 6 sơ đồ tính cầu thang tầng điển hình với tĩnh tải

Trang 49

3.5.1.3 Tải trọng tập trung tại nút khung

Do trọng lượng tường xây trên dầm dọc trục A: Tổng tải trọng tĩnh tải tập trung tại nút A:

Nút B

Do trọng lượng bản thân dầm dọc trục B: Do trọng lượng tường xây trên dầm dọc trục B: Tổng tải trọng tĩnh tải tập trung tại nút B:

Nút C

Do trọng lượng bản thân dầm dọc trục C: Do trọng lượng tường xây trên dầm dọc trục C: Tổng tải trọng tĩnh tải tập trung tại nút C:

Nút D

Do trọng lượng bản thân dầm dọc trục D:

Trang 50

Do trọng lượng tường xây trên dầm dọc trục D: Do trọng lượng cầu thang truyền lên nút D: Tổng tải trọng tĩnh tải tập trung tại nút D:

Nút E

Do trọng lượng bản thân dầm dọc trục E: Do trọng lượng tường xây trên dầm dọc trục E: Do trọng lượng cầu thang truyền lên nút E: Tổng tải trọng tĩnh tải tập trung tại nút E:

Trang 51

Do trọng lượng tường xây trên dầm dọc trục B:

Trang 52

GVHD: TS Nguyễn Văn Hậu SVTH: Nguyễn Mạnh Tùng Do trọng lượng cầu thang truyền vào nút D:

Tổng tĩnh tải tập trung tại nút D: Nút E

Do trọng lượng bản thân dầm dọc trục E:

Do trọng lượng tường xây trên dầm dọc trục E: Do trọng lượng do sàn truyền nút E:

Do trọng lượng cầu thang truyền vào nút E: Tổng tĩnh tải tập trung tại nút E:

c Tầng mái

Nút A

Do trọng lượng bản thân dầm trục A: Do trọng lượng tường xây trên dầm trục A: Do trọng lượng sàn truyền vào nút A:

Tổng tĩnh tải tập trung tại nút A: Nút B

Do trọng lượng bản thân dầm trục B: Do trọng lượng sàn truyền vào nút B:

Trang 53

Tổng tĩnh tải tập trung tại nút B:

Tổng tải trọng tĩnh tải tập trung tại chân mái che cầu thang nút D:

- Đỉnh mái che cầu thang

Do trọng lượng bản thân dầm dọc trục D: Do trọng lượng do sàn truyền nút D:

Tổng tải trọng tĩnh tải tập trung tại đỉnh mái che cầu thang nút D:

Trang 54

Tổng tải trọng tĩnh tải tập trung tại chân mái che cầu thang nút E:

- Đỉnh mái che cầu thang

Do trọng lượng bản thân dầm dọc trục E: Do trọng lượng do sàn truyền nút E:

Tổng tải trọng tĩnh tải tập trung tại đỉnh mái che cầu thang nút E:

3.5.2 Hoạt tải

Bao gồm hoạt tải đứng và hoạt tải ngang (tải trọng gió)

Hoạt tải đứng của công trình bao gồm hoạt tải ngắn hạn và hoạt tải dài hạn Để đơn giản ta nhập chung 2 thành phần để tính toán Hoạt tải tác dụng lên khung cũng giống như như tĩnh tải sàn, tác dụng theo dạng truyền tải

3.5.2.1 Tải trọng phân bốa Tầng điển hình

Hoạt tải do sàn truyền vào dầm:

- Nhịp AB, tải truyền vào dầm có dạng hình thang, trị số lớn nhất:

- Nhịp BC, CD, tải truyền vào sàn có dạng hình tam giác, trị số lớn nhất:

Trang 55

- Nhịp DE, tải truyền vào sàn có dạng hình thang, trị số lớn nhất:

b.Tầng thượng

Hoạt tải do sàn mái truyền vào dầm:

- Nhịp AB, tải truyền vào dầm có dạng hình thang, trị số lớn nhất:

- Nhịp BC, CD, tải truyền vào sàn có dạng hình tam giác, trị số lớn nhất:

- Nhịp DE, tải truyền vào sàn có dạng hình thang, trị số lớn nhất:

3.5.2.2 Hoạt tải do cầu thang truyền vào nút D:a.Cầu thang tầng trệt

- Cầu thang tầng trệt có:

- Ta xác định được phản lực:

b Cầu thang tầng điển hình:

- Cầu thang tầng điển hình có:

Trang 56

Hoạt tải do sàn truyền vào nút D:

Lực tập trung ở nút D tầng trệt do hoạt tải: Lực tập trung ở nút D tầng điển hình do hoạt tải

Trang 57

Nút E

Hoạt tải do sàn truyền vào nút E:

Lực tập trung ở nút D tầng trệt do hoạt tải: Lực tập trung ở nút D tầng điển hình do hoạt tải

Hoạt tải do sàn truyền vào nút D:

Lực tập trung ở nút D tầng mái do hoạt tải

Lực tập trung ở nút D tầng mái do hoạt tải: ( mái che )

Trang 58

GVHD: TS Nguyễn Văn Hậu SVTH: Nguyễn Mạnh Tùng Nút E

Hoạt tải do sàn truyền vào nút E:

3.5.2.4 Hoạt tải gió

Công trình có: + b = 57.4(m); h = 21.9(m) + Vùng gió: III;

+ Dạng địa hình: A

Theo TCVN 2737-2023, Giá trị tiêu chuẩn của tải trọng gió W tại độ cao k tương đương z được xác định theo công thức:e

a là áp lực gió 3s ứng với chu kì vòng lặp 10 năm:

với: là hệ số chuyển đổi áp lực gió từ chu kì lặp từ 20 năm xuống 10 năm, lấy bằng 0.852

là áp lực gió cơ sở lấy bằng

b k(ze) là hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo độ cao và dạng địa hình tại độ cao tương đương z e

Trang 59

GVHD: TS Nguyễn Văn Hậu SVTH: Nguyễn Mạnh Tùng + là hệ số dùng trong hàm lũy thừa đối với vận tốc gió 3s (lấy trung bình trong khoảng thời gian 3s), được xác định vào dạng địa hình (lấy theo

bảng 8 TCVN 2737-2023) c hệ số khí động

Ta có d Hiệu ứng giật G f

Gf là hiệu ứng giật được xác định theo 10.2.7 TCVN 2737-2023 Theo đó với các công trình có chu kì dao động riêng thứ nhất T >1s và chiều cao không quá 1 150m

Sử dụng phần mềm ETABS để xác định chu kì dao động riêng thứ nhất:

Bảng 3.9 Chu kì và tầng số theo các dạng dao động

Bảng 3 7 Các hệ số z zvà α (bảng 8 TCVN 2737 2023)

Bảng 3.8 Hệ số c cho tường thẳng đứng của nhà có mặt bằng chữ nhậte

Trang 60

Hình 3 7 Chuyển vị công trình theo dạng dao động thứ nhất

Trang 61

GVHD: TS Nguyễn Văn Hậu SVTH: Nguyễn Mạnh Tùng Hệ số hiệu ứng giật được xác định theo mục 10.2.7.3 TCVN 2737-2023:

Trong đó : là độ rối ở độ cao tương đương zs, xác định theo công thức:

cr là hệ số phụ thuộc vào dạng địa hình: (địa hình A) lấy theo bảng 10 TCVN 2737-2023

zs là độ cao tương đương của công trình lấy bằng

là hệ số đỉnh cho thành phần xung của gió, lấy bằng 3.4 là hệ số đỉnh thành phần phản ứng của gió, lấy bằng 3.4

là hệ số đỉnh cho thành phần cộng hưởng của gió, được xác định theo công thức:

n1 là tần số dao động riêng thứ nhất

Q là hệ số kể đến thành phần phản ứng nền của kết cấu chịu tải trọng gió, xác định theo công thức:

Trang 62

GVHD: TS Nguyễn Văn Hậu SVTH: Nguyễn Mạnh Tùng L(zs) là thang nguyên kích thước xoáy (chiều dài rối) tại độ cao tương đương x , xác định theo công thức:s

l và là các hệ số, phụ thuộc vào dạng địa hình khác nhau (lấy theo bảng 10 TCVN 2737-2023):

R là hệ số phản ứng cộng hưởng, được xác định theo công thức:

là độ cản, lấy bằng 0.02 cho kết cấu bê tông và bê tông cốt thép

Với

là vận tốc gió trung bình trong khoảng thời gian 3600s ứng với chu kì lặp 50 năm tại độ cao tương đương zs được xác định theo công thức:

Với: là vận tốc gió 3s (lấy trung bình trong khoảng thời gian 3s) ứng với chu kì lặp 50 năm

Trang 63

Bảng 3 11 Giá trị các hệ số theo các dạng địa hình (bảng 10 TCVN 2737 2023)

Trang 64

6 3.1 21.9 21.90 1.352 1.065 2.05 0.8 -0.52 0.891 2.104 -1.368

3.6 Xác định nội lực khung trục

3.6.1 Gán tải trọng lên khung

- Sau khi có được các thành phần nội lực, ta tiến hành tổ hợp nội lực Các tổ hợp tải trọng cơ bản bao gồm các tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời.

- Nguyên tắc cơ bản gồm tổ hợp chính và tổ hợp phụ:

+ Tổ hợp chính gồm: tĩnh tải và 1 tải trọng tạm thời (lấy toàn bộ) + Tổ hợp phụ gồm: tĩnh tải và 2 hoặc 3 tải trọng tạm thời (lấy 100% tải trọng tạm thời chủ đạo, 90% tải trọng tạm thời thứ 2 và 70% tải trọng tạm thời thứ + (HT5) Hoạt tải liền nhịp 1 + (HT6) Hoạt tải liền nhịp 2

Trang 65

Trang 66

GVHD: TS Nguyễn Văn Hậu SVTH: Nguyễn Mạnh Tùng Để tìm nội lực trong khung, ta sử dụng phần mềm tính toán kết cấu ETABS Gán nội lực khung:

Trang 67

Hình 3 8 Tĩnh tải (TT)

Trang 68

Hình 3 9 Hoạt tải cách tầng chẳn (HT1)

Trang 69

Hình 3 10 Hoạt tải cách tầng lẻ (HT2)

Trang 70

Hình 3 11 Hoạt tải cách nhip 1 (HT3)

Trang 71

Hình 3 12 Hoạt tải cách nhịp 2 (HT4)

Trang 72

Hình 3 13 Hoạt tải gió trái (GT)

Trang 73

Hình 3 14 Hoạt tải gió phải (GP)

Trang 74

3.6.2 Xuất kết quả nội lực

Hình 3 15 Biểu đồ bao momen

Trang 75

Hình 3 16 Biểu đồ bao lực cắt

Trang 76

Hình 3 17 Biểu đồ bao lực dọc

Trang 77

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN CỐT THÉP

4.1 Tính toán cốt thép dầm

Tính toán với tổ hợp combo bao để tính cốt thép dầm Ta chọn ra ba vị trí có moment lớn nhất để tính cốt thép, thường là ba vị trí : đầu dầm, giữa dầm và cuối dầm.

Tương ứng với giá trị momen dương, bản cánh chịu nén, tiết diện tính toán là tiết diện chữ T Kích thước tiết diện chữ T có :

- Xác định vị trí trục trung hòa: + Momen qua vị trí trục trung hòa:

+ Nếu : Trục trung hòa qua cánh, tính cốt thép theo tiết diện chữ nhật lớn có kích thước :

Hình 4 1 Kích thước tiết diện hình chữ T

Trang 78

+ Ta sử dụng các công thức sau:

Tương ứng với giá trị momen âm, bản cánh chịu kéo, tính cốt thép theo tiết diện chữ nhật nhỏ (bxh) Các bước tính toán tương tự trên, bỏ qua bước xác định

Trang 79

Trang 80

Trang 81

Trang 82

Trang 83

4.1.2 Tính toán cốt đai cho dầm

- Tính cốt đai cho dầm B1 tầng 2 tiết diện , với :

+ Kiểm tra điều kiện tính toán cốt đai:

Cần phải đặt cốt đai theo tính toán và không cần tăng kích thước tiết diện + Lực phân bố đều trong cốt ngang theo đơn vị chiều dài:

+ Chọn đường kính cốt đai d8 ( 50.3 mm ), số nhánh đai n =22 + Bước cốt đai theo tính toán:

Trang 84

GVHD: TS Nguyễn Văn Hậu SVTH: Nguyễn Mạnh Tùng Đoạn giữa nhịp:

Chọn bước cốt đai thiết kế trong đoạn (l /4) cho vị trí gần gối 0 tựa, trong đoạn (l /2) giữa nhịp còn lại lấy0

- Kiểm tra lại khả năng chịu lực cắt Q của dầm sau khi bố trí cốt đai:DB + Tại vị trí bước cốt đai thiết kế

+ Tại vị trí bước cốt đai thiết kế

- Tại vị trí cốt đai thiết kế :

+ Khả năng chịu cắt của dầm tại tiết diện nghiêng có hình chiếu

(Thỏa điều kiện)

(Thỏa điều kiện) + Kiểm tra với các tiết diện nghiêng khác theo chiều dọc cấu kiện:

Trong đoạn : kiểm tra

Trang 85

GVHD: TS Nguyễn Văn Hậu SVTH: Nguyễn Mạnh Tùng Trong đoạn : kiểm tra

(Thỏa điều kiện) - Tại vị trí cốt đai thiết kế :

+ Lực cắt tại vị trí gần gối tựa thứ 2 của dầm phụ: + Khả năng chịu cắt của dầm tại tiết diện nghiêng có hình chiếu

(Thỏa điều kiện) + Kiểm tra với các tiết diện nghiêng khác theo chiều dọc cấu kiện:

Trong đoạn : kiểm tra

Trang 86

GVHD: TS Nguyễn Văn Hậu SVTH: Nguyễn Mạnh Tùng Trong đoạn : kiểm tra

4.2 Tính toán cốt thép cho cột

4.2.1 Lý thuyết tính toán

- Tính các độ lệch tâm: + Độ lệch tâm tĩnh học: + Độ lệch tâm ngẫu nhiên:

+ Độ lệch tâm ban đầu (đối với kết cấu siêu tĩnh):

- Tính lực dọc tới hạn N theo công thức: cr Trong đó:

+ L : Chiều dài tính toán của cấu kiện: 0

+ : Độ cứng của cột bê tông cốt thép ở TTGH về độ bền:

Với: E , E lần lượt là modul đàn hồi của bê tông và cốt thépbs Ib, I : là mô men quán tính của diện tích tiết diện lần lượt của bê s tông và của toàn bộ cốt thép dọc đối với trọng tâm tiết diện ngang của cấu kiện

Trang 87

với

+ L : Chiều dài tính toán của cấu kiện0

- ML1: là mô men đối với trọng tâm thanh cốt thép chịu kéo nhiều nhất hoặc

chịu nén ít nhất (khi toàn bộ tiết diện chịu nén) do tác dụng của tải trọng thường xuyên và tạm thời dài hạn

- ML: là mô men đối với trọng tâm thanh cốt thép chịu kéo nhiều nhất hoặc

chịu nén ít nhất (khi toàn bộ tiết diện chịu kéo) do tác dụng của toàn bộ tải trọng

Để đơn giản tính toán: - Độ lệch tâm tương đối:

- Xét ảnh hưởng hệ số uốn dọc khi: với hoặc