Đang tải... (xem toàn văn)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG BỘ MÔN CÔNG TRÌNH BÊTÔNG CỐT THÉP ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CẤU BÊTÔNG CỐT THÉP 1 THIẾT KẾ SÀN SƯỜN BÊTÔNG CỐT THÉP TOÀN KHỐI CÓ BẢN LOẠI DẦM Người thực hiện: Người hướng
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
BỘ MÔN CÔNG TRÌNH BÊTÔNG CỐT THÉP
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
KẾT CẤU BÊTÔNG CỐT THÉP 1 THIẾT KẾ SÀN SƯỜN BÊTÔNG CỐT THÉP TOÀN
KHỐI CÓ BẢN LOẠI DẦM
Người thực hiện: Người hướng dẫn:
Hà Nội, …-2020
Trang 2SV ……… 1
Mục lục Mục lục 1
Trang 3SV ……… 2
Danh mục bảng biểu Bảng 1: Xác định tĩnh tải () 6
Bảng 2: Tính toán hình bao mômen của dầm phụ 12
Bảng 3: Bố trí cốt thép dọc cho các tiết diện chính của dầm phụ 15
Bảng 4: Khả năng chịu lực của các tiết diện dầm phụ 19
Bảng 5: Mặt cắt lý thuyết của các thanh cốt thép 20
Bảng 6: Tính toán và tổ hợp mômen 25
Bảng 7: Tính toán và tổ hợp lực cắt 29
Bảng 8: Bố trí cốt thép dọc cho các tiết diện chính của dầm chính 31
Bảng 9: Khả năng chịu lực của các tiết diện dầm chính 35
Bảng 10: Mặt cắt lý thuyết của các thanh cốt thép 36
Trang 4SV ……… 3
Danh mục bản vẽ Hình 1: Sơ đồ sàn 4
Hình 2: Sơ đồ tính toán và nội lực của dải bản: (a) Sơ đồ tính toán; (b) Biểu đồ mômen; và (c) Biểu đồ lực cắt 7
Hình 3: Bố trí cốt thép trong bản 9
Hình 4: Sơ đồ tính toán và nội lực trong dầm phụ: (a) Sơ đồ tính; (b) Biểu đồ bao mômen; và (c) Biểu đồ bao lực cắt 13
Hình 5: Bố trí cốt thép dọc trong các tiết diện chính của dầm phụ 16
Hình 6: Sơ đồ tính mặt cắt lý thuyết cho thanh số 2 19
Hình 7: Bố trí cốt thép và hình bao vật liệu dầm phụ 22
Hình 8: Bố trí cốt thép và hình bao vật liệu dầm phụ (tiếp) 23
Hình 9: Sơ đồ tính toán dầm chính (a) Sơ đồ dầm chính và (b) Sơ đồ tính dầm chính 24
Hình 10: Sơ đồ tính bổ trợ mômen tại một số tiết diện 25
Hình 11: Các sơ đồ tải trọng và mômen tương ứng trong dầm chính 27
Hình 12: Biểu đồ bao mô men xác định theo phương pháp tổ hợp 28
Hình 13: Sơ đồ tính mômen tại mép gối B 28
Trang 5SV ……… 4
THUYẾT MINH ĐỒ ÁN MÔN HỌC SÀN SƯỜN BÊTÔNG CỐT THÉP TOÀN KHỐI CÓ BẢN LOẠI DẦM
1.1 SỐ LIỆU TÍNH TOÁN
(1) Sơ đồ kết cấu sàn theo Hình 1
(2) Kích thước tính từ giữa trục dầm và trục tường = 2.6 m; = 7.0 m Tường chịu lực có chiều dày = 0.34 m Cột bêtông cốt thép tiết diện × = 0.4 × 0.4
(3) Sàn nhà dân dụng: cấu tạo mặt sàn gồm bốn lớp như trên Hình 1 Hoạt tải tiêu chuẩn = 7.5 kN/m , hệ số độ tin cậy = 1.2 2
(4) Vật liệu: bêtông cấp độ bền theo cường độ chịu nén B20, cốt thép của bản và cốt đai của dầm dùng nhóm CI, cốt dọc của dầm dùng nhóm CI, CIII Các loại cường độ tính toán: Bê tông cấp độ bền B20 có = 11.5 MPa, = 0.90 MPa, = 27103 MPa - Với ≤ 14 , sử dụng cốt thép CI có = 225 MPa, = 225 MPa, = 175 MPa - Với >14 , sử dụng cốt thép CIII có = 365MPa, = 365MPa, = 290MPa
Hình 1: Sơ đồ sàn
Trang 6SV ……… 5
1.2 TÍNH BẢN
1.2.1 Chọn kích thước các cấu kiện
Chọn chiều dày của bản:
ℎ= × =1.235 × 2600 = 89.14 ()
Trong đó: = 1.2 với hoạt tải = 7.5 / ở mức trung bình; = 2.6 (); =35
Chọn ℎ= 90 () Chọn tiết diện dầm phụ:
ℎ=
=700014 = 500 (mm)Trong đó: = 7000 ; = ;
→ Chọn ℎ= 500 () , = 220 () Chọn tiết diện dầm chính:
=3 × 260011 = 709.09 () Trong đó: = 2800 (); = ;
→ Chọn ℎ= 700 () ; = 300 ()
1.2.2 Sơ đồ tính
Xét tỉ số hai cạnh ô bản 21
7.0 2.69 22.6
l , xem bản làm việc 1 phương
Cắt một dải bản rộng = 1() vuông góc với dầm phụ và xem dải bản làm việc như một dầm liên tục (như Hình 1) Bản được tính toán với sơ đồ khớp dẻo
Nhịp tính toán của bản: - Nhịp biên:
= −
2 −2 + = 2.60 −0.222 −0.342 + 0.045 = 2.365 ()= min 0.5ℎ( ; 0.5) = min(0.5 × 0.09; 0.5 × 0.12) = 0.045 - Nhịp giữa:
= −
2 = 2.60 − 0.22 = 2.38 ()- Chênh lệch giữa các nhịp:
−
× 100% =2.38 − 2.3652.38 × 100% = 0.63 (%) < 10 (%)
Trang 7( ⁄ )
Hệ số độ tin cậy
Giá trị tính toán
( ⁄ ) - Lớp gạch lát dày 10mm, = 20 / 0.01x20=0.200 1.1 0.220 - Lớp vữa lót dày 30mm, = 18 / 0.03x18=0.504 1.3 0.702 - Bản bêtông cốt thép dày 90mm,
11 = ±6.483 () Mômen uốn tại gối giữa và nhịp giữa:
= = ±
16 == ± 12.75 × 2.38
16 = ±4.514 () Giá trị lực cắt:
= 0.4= 0.4 × 12.75 × 2.365 = 12.062 () = 0.6= 0.6 × 12.75 × 2.365 = 18.093 () = = 0.5= 0.5 × 12.75 × 2.38 = 15.173 () Sơ đồ tính toán và nội lực của dải bản được thể hiện ở Hình 2
Trang 8SV ……… 7
Hình 2: Sơ đồ tính toán và nội lực của dải bản: (a) Sơ đồ tính toán; (b) Biểu đồ mômen; và (c) Biểu đồ lực cắt
1.2.5 Tính cốt thép chịu mômen uốn
Chọn = 15 cho mọi tiết diện, chiều cao làm việc của bản là: ℎ = ℎ− = 90 − 15 = 75 () Tại gối biên và nhịp biên với = = ±6.483 () ta có:
=
ℎ=11.5 × 1000 × 75 (6.483 × 10) = 0.100 < = 0.255 Tra bảng phụ lục 10 sách “Sàn sườn bêtông cốt thép toàn khối” có , hoặc tính theo công thức:
=1 + 1 − 2
2 =1 + √1 − 2 × 0.1002 = 0.947 Diện tích cốt thép cần thiết và hàm lượng cốt thép:
ℎ=225 × 0.947 × 75 = 405.68 ((6.483 × 10) ) =
ℎ× 100% =1000 × 75 × 100% = 0.54 (%)405.68 Chọn thép có đường kính 8mm, = 50.3, khoảng cách giữa các cốt thép là :
=
=1000 × 50.3405.68 = 124 ()
Trang 9SV ……… 8→ Chọn 8 = 120,
Tại gối giữa và nhịp giữa, với = = ±4.514 () =
ℎ=11.5 × 1000 × 75 (4.514 × 10) = 0.0698 < = 0.255 Tra bảng phụ lục 10 sách “Sàn sườn bêtông cốt thép toàn khối” có , hoặc tính theo công thức:
=1 + 1 − 2
2 =1 + √1 − 2 × 0.06982 = 0.964 Diện tích cốt thép cần thiết và hàm lượng cốt thép:
ℎ=225 × 0.964 × 75 = 277.49 ((4.514 × 10) ) =
ℎ× 100% =1000 × 75 × 100% = 0.37 (%)277.49 Chọn thép có đường kính 6mm, = 28.3, khoảng cách giữa các cốt thép là :
=
=1000 × 28.3277.49 = 102 ()→ Chọn 6 = 100,
Tại các nhịp giữa và gối giữa ở trong vùng được phép giảm đến tối đa 20% cốt thép, có = 0.8 × 277.49 = 222
Hàm lượng cốt thép : =
ℎ× 100% =1000 × 75 × 100% = 0.296 (%)222 Chọn thép có đường kính 6mm, = 28.3, khoảng cách giữa các cốt thép là :
=
=1000 × 28.3222 = 127.5 () → Chọn 6 = 120,
Kiểm tra lại chiều cao làm việc ℎ với lớp bảo vệ cho bản là 10 mm : ℎ = 90 − 10 − 0.5 × 8 = 76 ()Như vậy trị số đã dùng để tính toán là ℎ= 75 () là thiên về an toàn
Cốt thép chịu mômen âm với ⁄ = 9.0 3.75 ⁄ = 2.4 < 3, trị số = 0.25, đoạn vươn của cốt thép chịu mômen âm tính từ mép dầm phụ là : = 0.25 × 2.38 ≅ 0.6 ; tính từ trục dầm phụ là : + 0.5= 0.6 + 0.5 ∗ 0.22 = 0.71
Bản không bố trí cốt đai, lực cắt của bản hoàn toàn do bêtông chịu, do: = 18.093 < = 0.625ℎ= 0.625 × 0.9 × 1000 × 75 = 42187.5
≅ 42.2
Trang 10SV ……… 9
Hình 3: Bố trí cốt thép trong bản
Trang 11SV ……… 10
1.2.6 Cốt thép cấu tạo
Cốt thép chịu mômen âm đặt theo phương vuông góc với dầm chính: chọn 6 = 200, có diện tích trên mỗi mét của bản là 141 mm , lớn hơn 50% diện tích cốt thép tính toán tại gối 2tựa giữa của bản là 0.5x277.49=138.75mm Sử dụng các thanh cốt mũ, đoạn vươn ra tính từ 2mép dầm chính là: = 0.25 × 2.38 ≅ 0.60
Tính từ trục dầm chính là : + 0.5= 0.6 + 0.5 ∗ 0.30 = 0.75
Cốt thép phân bố được đặt vuông góc với cốt thép chịu lực: chọn 6 = 250, có diện tích trên mỗi mét của bản là 113 mm , đảm bảo lớn hơn 20% diện tích cốt thép tính toán tại 2giữa nhịp (nhịp biên 0.2x405.68=81.13 mm , nhịp giữa 0.2x277.49=55.50 mm ) 22 Cách bố trí thép sàn được thể hiện ở Hình 3
1.3 TÍNH DẦM PHỤ 1.3.1 Sơ đồ tính
Dầm phụ là dầm liên tục 5 nhịp đối xứng Xét một nửa bên trái của dầm (như Hình 4) Dầm gối lên tường một đoạn không nhỏ hơn 220, = 220 () Bề rộng dầm chính = 300 () Dầm phụ được tính toán bằng sơ đồ khớp dẻo
Nhịp tính toán của dầm phụ: - Nhịp biên:
= −
2 −2 + = 7.0 −0.32 −0.342 + 0.11 = 6.79 ()= min(/40; 0.5)= min(7/40; 0.5 × 0.22 = 0.011 )- Nhịp giữa:
= − = 7.0 − 0.3 = 6.70 () - Chênh lệch giữa các nhịp:
= 3.75 × 2.6 = 9.750 ( )
Trang 12SV ……… 11- Tĩnh tải toàn phần:
= + = 2.481 + 9.750 = 12.231 ( ) Hoạt tải truyền từ bản:
= = 9.00 × 2.6 = 23.400 ( ) Tải trọng tính toán toàn phần của dầm phụ:
= + = 12.231 + 23.400 = 35.631 ( ) Tỷ số:
= = × 35.631 × 6.7= × 1599.48 Tung độ hình bao mômen (nhánh âm):
= = × 35.631 × 6.7= × 1599.48
Tra bảng phụ lục 11 sách “Sàn sườn bêtông cốt thép toàn khối”, với tỉ số ⁄=1.913 có hệ số = 0.2462 và các hệ số , , và kết quả tính toán được trình bày ở Bảng 2
Tiết diện có mômen âm bằng 0 cách bên trái gối thứ hai một đoạn là: = = 0.2462 × 6.79 = 1.672 Tiết diện có mômen dương bằng 0 cách gối tựa một đoạn là:
- Nhịp biên: 0.15= 0.15 × 6.79 = 1.019 - Nhịp giữa : 0.15= 0.15 × 6.70 = 1.005
1.3.3.2 Lực cắt
= 0.4= 0.4 × 35.631 × 6.79 = 96.774 = 0.6= 0.6 × 35.631 × 6.79 = 145.161 = = 0.5= 0.5 × 35.631 × 6.7 = 119.364
Trang 13SV ……… 20Ta có:
=− ,
2 + 5 =95.527 − 02 × 88.025 + 5 × 0.02 = 0.643 > 20 = 20 × 0.02 = 0.4Chọn = 650 Điểm cắt thực tế cách mép gối B một đoạn 699+650=1349mm Tiến hành tương tự cho các cốt thép khac, kết quả như trong Bảng 5
Bảng 5: Mặt cắt lý thuyết của các thanh cốt thép
Cốt thép số 1a (đầu bên trái) cách mép trái gối 1 là 1358mm = 420 Cốt thép số 1a (đầu bên phải) cách mép phải gối 2 là 2401mm = 600 Cốt thép số 2 (đầu bên trái) cách mép trái gối 2 là 493mm = 820 Cốt thép số 2 (đầu bên phải) cách mép phải gối 2 là 669mm = 650 Cốt thép số 3 (đầu bên trái) cách mép trái gối 2 là 1672mm = 690 Cốt thép số 3 (đầu bên phải) cách mép phải gối 2 là 979mm = 580 Cốt thép số 5 (đầu bên trái) cách mép phải gối 2 là 2002mm = 500 Cốt thép số 5 (đầu bên phải) cách mép trái gối 3 là 2008mm = 500 Cốt thép số 6 (đầu bên phải) cách mép trái gối 3 là 728mm = 680 Cốt thép số 6 (đầu bên trái) cách mép phải gối 3 là 746mm = 680
Chú ý: Với mômen dương không thể thay đường cong bằng đường thẳng để nội suy vì
như vậy sẽ tìm được giá trị mômen bé hơn thực tế, thiên về thiếu an toàn
1.3.7.3 Kiểm tra về neo cốt thép
Cốt thép phía dưới sau khi được cắt, số còn lại khi kéo vào gối đều phải đảm bảo lớn hơn 1/3 diện tích cốt thép giữa nhịp:
Nhịp biên 220+120 uốn 1 20 còn 220, diện tích còn 66,7% khi vào gối; Nhịp giữa 216+116 cắt 116 còn 216, diện tích còn 66,7% khi vào gối; - Tại gối A:
= 96.774 > ,= 0.5ℎ= 46.530 Đoạn neo cốt dọc là 10 = 10 × 220 = 200 (Với thanh số 1) - Tại gối B:
Trang 14SV ……… 21Đoạn neo cốt dọc 10 = 10 × 20 = 200 (Với thanh số 1 không dùng để tính cốt kép)
Đoạn neo cốt dọc 10 = 10 × 26 = 160 (Với thanh số 4 không dùng để tính cốt kép)
1.3.7.4 Cốt thép cấu tạo
Cốt thép số 7 (212): Cốt thép này được sử dụng làm cốt giá ở nhịp biên, trong đoạn
không có mômen âm
Diện tích cốt thép là 226mm , không nhỏ hơn 2 0.1%ℎ= 0.1% × 220 × 420 =92.4
Trang 15SV ………
Hình 7 Bố t í cốt thép và hình bao vật liệu dầm phụ :
Trang 16SV ………
Hình 8 Bố trí cốt thép và hình bao vật liệu dầm phụ (tiếp) :
Trang 17SV ……… 24
1.4 TÍNH DẦM CHÍNH 1.4.1 Sơ đồ tính
Dầm chính là dầm liên tục bốn nhịp, kích thước tiết diện dầm × ℎ = 300 × 700() Bề rộng cột = 400() , đoạn dầm kê lên tường lấy bằng chiều dày tường =340 () Nhịp tính toán ở nhịp biên và nhịp giữa đều bằng 7.8m Sơ đồ tính toán dầm chính như Hình 9
Hình 9 Sơ đồ tính toán dầm chính (a) Sơ đồ dầm chính và (b) Sơ đồ tính dầm chính:
1.4.2 Tải trọng tính toán
Trọng lượng bản thân dầm quy về các lực tập trung (không kể phần bản): = (ℎ − ℎ)= 0.3 × 0.7 − 0.09( ) × 25 × 1.1 × 2.6 = 13.085 () Tĩnh tải do dầm phụ truyền vào:
= = 12.231 × 7 = 85.617 () Tổng tĩnh tải tác dụng tập trung:
= + = 13.085 + 85.617 = 98.702 () Hoạt tải tác dụng tập trung truyền từ dầm phụ vào:
= = 23.40 × 7.0 = 163.800 ()
1.4.3 Nội lực tính toán
1.4.3.1 Xác định biểu đồ bao mômen
Xác định biểu đồ mômen uốn do tĩnh tải G :
Tra bảng phụ lục 12 sách “Sàn sườn bêtông cốt thép toàn khối” được hệ số , ta có: = = × 98.702 × 7.8 = × 769.876 ()
Xác định biểu đồ mômen uốn do các hoạt tải tác dụng :
Xét sáu trường hợp hoạt tải như Hình 11 (c); (d); (e); (f); (g); và (h), ta có: = = × 163.800 × 7.8 = × 1277.640 ()
Trang 18SV ……… 25Trong sơ đồ (Hình 11 (e)) còn thiếu để tính mô men tại các tiết diện 1, 2, 3, và 4 Để tính toán tiến hành cắt rời các nhịp AB, và BC Nhịp 1 và 2 có tải trọng, tính của dầm đơn giản kê lên hai gối tự do = = 163.8 × 2.6 = 425.880 ().Dùng phương pháp treo biểu đồ, kết hợp các quan hệ tam giác đồng dạng (Hình 10), xác định được giá trị mômen
= 425.880 − 410.122 × (1/3) = 289.173 () = 425.880 − 410.122 × (2/3) = 152.465 () = 425.880 − (410.122 − 61.327) × (2/3) − 61.327 = 132.023 () = 425.880 − (410.122 − 61.327) × (1/3) − 61.327 = 248.288 ()
Kết quả tính toán ghi trong
Bảng 6
Biểu đồ bao mômen : Tung độ biểu đồ bao mômen :
= + max ( ) ; = + min ( ) Tính toán và cho từng tiết diện và ghi vào hai dòng cuối Bảng 6
Hình 12 cho hình ảnh chi tiết hơn về và cho một nửa dầm (do lợi dụng tính chất đối xứng của dầm) Dùng biểu đồ Hình 12 để xác định mô men tại mép gối
Hình 10 Sơ đồ tính bổ trợ mômen tại một số tiết diện :
Bảng 6: Tính toán và tổ hợp mômen
Trang 19SV ……… 26
183.230 110.902 -220.185 60.820 85.456 -146.276
121.903 -10.407 -630.307 -101.440 -56.362 -511.681
Trang 20SV ………
Hình 11 Các sơ đồ tải trọng và mômen tương ứng trong dầm chính :
Trang 21SV ……… 28
Hình 12 Biểu đồ bao mô men xác định theo phương pháp tổ hợp: Xác định mômen mép gối B: Từ hình bao mô men trên gối B, thấy rằng phía bên phải độ dốc của biểu đồ bé hơn phía trái Tính mômen mép bên phía phải gối B sẽ có trị tuyệt đối lớn hơn
= −ℎ2+
= 60.820 + 132.023 = 192.843 () = 630.307 −0.4 × 630.307 + 192.843( 2 × 2.6 )= 566.988 ()
Hình 13 Sơ đồ tính mômen tại mép gối B: Xác định mômen mép gối C: = 476.497 ()
Trang 22SV ……… 29
1.4.3.2 Xác định biểu đồ bao lực cắt
Tung độ của biểu đồ bao lực cắt;:
- Do tác dụng của tĩnh tải : = = × 98.702 ()- Do tác dụng của hoạt tải : = = × 163.800 ()
Trong đó hệ số lấy theo phụ lục 12 sách ‘Sàn sườn bê tông cốt thép toàn khối ‘, các trường hợp tải trọng lấy theo Hình 11, kết quả ghi trong Bảng 7
Bảng 7: Tính toán và tổ hợp lực cắt
Lực cắt (kN) Bên phải gối A
Giữa nhịp biên
Bên trái gối B
Bên phải gối B
Giữa nhịp 2
Bên phải gối C
Trang 23SV ……… 30
1.4.4 Tính cốt thép dọc
Bêtông cấp độ bền B20 có = 11.5 MPa, = 0.90 MPa, = 27103 MPa - Với ≤ 14 , sử dụng cốt thép CI có = 225 MPa, = 225 MPa, = 175 MPa - Với >14 , sử dụng cốt thép CIII có = 365 MPa, = 355 MPa, = 290MPa
1.4.4.1 Với mômen âm
Tính theo tiết diện hình chữ nhật = 300 ; ℎ = 700 Ở trên gối cốt thép dầm chính phải đặt xuống phía dưới hàng trên cùng của thép dầm phụ nên khá lớn Giả thiết = 70 → ℎ= 700 − 70 = 630
Tại gối B, với = 566.988 =
ℎ =11.5 × 300 × 630566.988 × 10= 0.414 =1 + 1 − 2
2 =1 + √1 − 2 × 0.4142 = 0.707 = ℎ
=365 × 0.707 × 630 = 3487.55 (566.988 × 10 ) Kiểm tra:
=
ℎ × 100% = 3487.55
300 × 630 × 100% = 1.85 (%) Tại gối C, với = 476.497
=
ℎ =11.5 × 300 × 630476.497 × 10= 0.348 =1 + 1 − 2
2 =1 + √1 − 2 × 0.3482 = 0.776 =
ℎ=365 × 0.776 × 630 = 2670.33 (476.497 × 10 ) Kiểm tra:
=
ℎ × 100% = 2670.33
300 × 630 × 100% = 1.41 (%)
1.4.4.2 Với mômen dương
Tính theo tiết diện hình chữ T có cánh nằm trong vùng nén, bề dày cánh ℎ= 90; Giả thiết = 45 → ℎ= 700 − 45 = 655
Độ vươn của cánh lấy không lớn hơn giá trị bé nhất trong số các trị số sau: (1 6⁄ )= (1 6⁄ ) × 7.5 = 1.25 ()
Một nửa khoảng cách thông thủy giữa hai dầm chính cạnh nhau