Bài tập lớn kết cấu bê tông cốt thép

So đồ tính và phương pháp xác định nội lực theo sơ dé khung khéng gian.... Phân tích và đề xuất phương án Việc lựa chọn giải pháp kết cau san hop ly 1a việc làm rất quan trọng, quyết địn

KET CAU BE TONG COT THEP

Giảng viên hướng dẫn: Th.S Trần Thái Minh Chánh

Sinh viên thực hiện Mã số sinh viên Lớp Điểm số

Thành phố Hỗ Chí Minh - 2023

MỤC LỤC

2 Vật liệu của hệ chịu lực - - c cnnnnnn nàng ng nh tk xnxx xxx ke ca 3

3 Vật liệu cầu tạo khác - 2222122222222 ree 3

4 Giá trị tải trọng và tác động c2 n HH 10111111211101 1012011221121 111 1t ray 3

B NỘI DUNG - 2 2222222222222 2222121221222 xe 4 CHƯƠNG I: THIẾT KẺ SÀN - 22 S2222212212221222222222222222222 re 4 1.1 Phân tích và đề xuất phương án 2S n2 22122 re 4 1.2 Cấu tạo, kích thước tiết diện và xác định tải trọng tác dụng ào reo 5

1.3 Sơ đồ tính và phương pháp xác định nội lite sat 2 St r va 19

1.4 Tính toán và kiểm tra cốt thép s22 22212221221 rggrrrrg 22 CHƯƠNG 2: THIẾT KẺ KHUNG 2252 S222221222122121211222.2222222 ae 31 2.1 Kích thước tiết điện dam va Ct ccccccecceeses cess eeser eee testensereetereteieteseeneeneens 31

2.2 So đồ tính và phương pháp xác định nội lực theo sơ dé khung khéng gian 32

2.3 Tinh toán và kiểm tra cốt thép đầm và cột s20 HH 21 run 38

Kết cấu BTCT _ GVHD: Th.S Trần Thái Minh Chánh

(a) Sàn phòng học, văn phòng, thư viện, hành lang, WC, ban công

(b) Tường bao che

(c) Mái băng Kích thước hình học:

+ Kích thước nhịp: Lị = 4.5m; L2= 5.0m; L4= 1.8m

+ Chiều cao tang: Hi= 4.5m (tang 1); H = 4.0m (tang 2-4)

+ Số tâng: 4 tang

+ Chiều sâu chôn móng: 2m

-_ Địa điểm xây dựng: Thành phố Hồ Chí Minh

- Hoạt tải mái: 0.75 kN/mẺ

2 Vật liệu của hệ chịu lực

- Bê tông có cấp độ bền B25 (M350):

Cường độ chịu nén tính toán của bê tông: Rs= 14.5 MPa

Cường độ chịu kéo tính toán của bê tông: Rụ= 1.05 MPa

Hệ số điều kiện làm việc của bê tông: yor = 0.9

Module đàn hồi của bê tông: Es= 30000 MPa

- Cốt thép nhóm:

CB300-T nếu @ < 10 cé Re= 260 MPa, Rew= 210 MPa, Es= 2 x 105

MPa CB400-V néu $ > 10 c6 Rs= 350 MPa, Row = 280 MPa, Es=2 x

105 MPa

3 Vật liệu câu tạo khác

- Vita lét dày 20mm, y = 18 kN/mẺ cho toàn bộ khu vực

- Vita trat tran day 20mm, y = 18 kN/m’ cho toan bé khu vue

- San lét gach Ceramic day 8mm, y = 20 kN/m’, n= 1.2 cho toàn bộ khu vực

- Tường xây làm tường biên day 200mm, y = 18 kN/m’, n= 1.1

- Tuwong x4y ngan phòng day 100mm, y = 18 kN/m*, n= 1.1

- Sàn ban công thấp hơn sàn văn phòng 20 mm

- _ Cường độ tiêu chuẩn của đất nền R¿= 160 kN/m2

4, Gia tri tai trong và tác động

- — Hệ số độ tin cậy của hoạt tải gió là 1.2

- Áp lực gió tiêu chuẩn 0.83 kN/m?

B NỌI DUNG

CHƯƠNG 1: THIET KE SAN

1.1 Phân tích và đề xuất phương án

Việc lựa chọn giải pháp kết cau san hop ly 1a việc làm rất quan trọng, quyết định tính kinh tế của công trình Theo thống kê thì khối lượng bêtông sàn có thể chiếm (30-40)% khối lượng

bêtông của công trình và trọng lượng bêtông sàn trở thành một loại tải trọng tĩnh chính Công trình càng cao, tải trọng này tích lũy xuống cột các tầng dưới và móng càng lớn, làm tăng chỉ phí móng, cột, tăng tải trọng ngang do động đất Vì vậy cần ưu tiên lựa chọn các

giải pháp sàn nhẹ để giảm tải trọng đứng

Các phương án thiết kế sàn cho khung nhà:

e San panel lắp ghép: mặt bằng đơn giản, bước cột đều và lớn hơn 4m

- - Ưu điểm: sản xuất công nghiệp, chỉ phí thấp, không tốn cốp pha sàn, thi công nhanh, thích hợp với các loại công trình như: trường học, ký túc xá, trụ sở làm

- Nhược điểm: chiều dày sàn lớn sẽ làm tăng chỉ phí bêtông, chỉ phí thép, tăng tải trọng, phải khống chế điều kiện độ võng

Bề trí thêm hệ đầm phụ: ngoài các đầm qua cột còn bố trí thêm hệ đầm phụ để phân nhỏ ô sàn, đỡ tường

- Ưu điểm: chiều đày sàn nhỏ, giảm chỉ phí về vật liệu, đảm bảo điều kiện độ

võng

- Khuyết điểm: tăng chỉ phí cốp pha, khi cần thiết phải làm tran dé đáp ứng yêu

cầu của kiến trúc

® Sàn không dầm (sàn nắm): bản sàn tựa trực tiếp lên cột

- - Ưu điểm: giảm được chiêu cao kết câu, thi công ván khuôn đơn giản, bồ trí cốt thép dé dang

- Nhuwoc diém: Khi chịu tải trong thang dimg, ban san có thé bi phá hoại cat theo kiểu bị cột đâm thủng, do đó sàn phải có chiều dày lớn hoặc thiết kế mũ cột để

đâm bảo điều kiện chống xuyên thủng Trong phương án này, các cột không

được liên kết với nhau để tạo thành hệ khung do đó độ cứng sẽ nhỏ hơn so với

phương án sàn dầm, khả năng chịu tải trọng theo phương ngang kém hơn so với phương án sàn dâm

=> Từ ưu, nhược điểm của các phương án sàn và mặt bằng bồ trí công trình cùng kích thước

lưới cột thì phương án sàn hợp lí là phương án sàn dầm không có đầm phụ

1.2 Cầu tạo, kích thước tiết diện và xác định tải trọng tác dụng

1.2.1 Chọn sơ bộ kích thước các cấu kiện

Hình 3: Mặt bằng sàn

a Phân loại bản sàn

Xét tỉ số: 11 =9 =0.909<2 ; bản thuộc loại bản kê bến cạnh, bản làm việc theo hai phương

12 5.5

b Chọn sơ bộ kích thước các cầu kiện

® Chọn sơ bộ chiều dày bản sàn: vì trong công trình các ô bản chủ yếu là bản kê bốn cạnh, nên chon 6 bản có giá trị Lì lớn nhất để tính toán cho tất cả các ô bản còn lại:

D

h,=_~ xL1 Trong đó: D=(0.8= 1.4) phu thuộc ` vào tải trọng

m =(30 + 35) đối với bản đầm

m = (40 + 45) đối với bản kê bốn cạnh

m =(10 + 15) đối với bản colsone

L¡ là chiều đài cạnh ngắn của ô bản

Chọn ô sàn có cạnh ngắn lớn nhất (Lì = 5000 mm)

(5 72) «= Goo)

Ta duge: h =\40 = 45/ x 1=\40 = 45/ x 5000 = (112 + 125)

—> Chọn h;= 120 mm với tất cả ô sàn tầng của công trình

e©_ Chọn sơ bộ kích thước dầm:

D h,=_ xL1

7

——

Trong đó: D=(0.8 z 1.4) phụ thuộc vào tải trọng

m = (8 = 12) đối với đầm chính m = (12 + 16) đối với dam phụ

m = (5 z 7) đối với dầm công xôn

La là chiều dai dam

- _ Dâm theo phương Lạ= 5.0m:

é 4 5!

- 3) x 350 “108178

ba = (5: 2 7) Ag = &ị

— Chọn ba = 150 mm

†

Hình 4: Kích thước đẫm

Chọn sơ bộ kích thước cột:

- Chon so bé téng tai trong trên san là q = 12 kN4mẺ

- Lye truyén xuéng chan cét duoc xac định bằng công thức:

@ ® © ® ©

- Keét qua tinh toan dugc trinh bay ở bảng sau:

1 4 1009.80 | 87.81 03 03 C7 19.125

2 3 75735 | 65.86 03 03

3 2 504.90 | 43.90 03 03

4 1 2475 | 32670 | 2841 | 025 0.25 BASE 5 1633.50 | 14204 | 04 04 C8, C13, || 4 1306.80 | 113.63 | 0.35 0.35

C19,

Cao 3 2 65340 | 56.82 03 03

4 1 326.70 | 2841 | 0.25 025 BASE 5 1485.00 | 129.13 | 0.35 0.35

1 4 118800 | 10330 | 035 0.35 C9,CI8 | 2 3 225 | 89100 | 7748 03 03

3 2 59400 | 5165 03 03

4 1 29700 | 2583 | 0.25 025 BASE 5 810.00 | 70.43 03 03 C10, 1 4 648.00 | 5635 03 03 C21, 2 3 1125 | 48600 | 4226 03 03 C23 3 2 324.00 | 28.17 03 03

4 1 162.00 | 1409 | 025 025 BASE 5 84825 | 7376 03 03 CI,C2| 1 4 10875 | 67860 | 5901 03 03

4 1 169.65 14.75 0.25 0.25 BASE 5 1725.75 150.07 0.4 0.4

1 4 1380.60 120.05 0.35 0.35 C12 2 3 22.125 1035.45 90.04 0.3 0.3

3 2 690.30 60.03 0.3 0.3

4 1 345.15 30.01 0.25 0.25 BASE 5 1316.25 114.46 0.35 0.35

1 4 1053.00 91.57 0.35 0.35 C15 2 3 16.875 789.75 68.67 0.3 0.3

3 2 526.50 45.78 0.3 0.3

4 1 263.25 22.89 0.25 0.25 BASE 5 1566.00 136.17 0.4 0.4

1 4 1252.80 108.94 0.35 0.35 C17 2 3 21.75 939.60 81.70 0.3 0.3

3 2 626.40 54.47 0.3 0.3

4 1 313.20 27.23 0.25 0.25 BASE 5 891.00 77.48 0.3 0.3

1 4 712.80 61.98 0.3 0.3

~ 2 3 12375 534.60 46.49 0.3 0.3 C25

a Tinh tai tac dung lén

san - San ban công:

Chiều dày ý Ste gt Câu tạo các lớp sàn ; n

(mm) (kN/m) | (kN/m) (kNÑ/m?)

Chánh

- Chiều dày Y Ftc gt Câu tạo các lớp sàn n

Gach ceramic 8 20 0.16 1.2 0.192

Lớp vữa lót 20 18 0.36 13 0.468 Bản sàn BTCT 120 25 3.00 11 33 Lớp vữa trát 20 18 0.36 13 0.468 Tông tĩnh tải (không tính BTCT) 0.88 1.128 Sản WC:

- Chiều dày Y Ftc gt Câu tạo các lớp sàn n

Tông tĩnh tải (không tính BTCT) | 2 2.38

@ @®

Tang 1,2

Hinh 7: Tinh tải sàn tầng mái

b Hoạt tải tác dụng lên sàn

Giá trị hoạt tải sàn được dựa theo chức năng sử dụng của các ô sản Hệ số tin cay n đối

với tải trọng phân bó đều xác định theo điều 4.3.3 TCVN2737:2023

pte pe Phong n

Ban công 2.5 12 3 Hành lang 3.00 12 3.6 Văn phòng 2.00 12 24

WC 1.50 1.2 1.8

Thư viện 2.0 1.2 24 Phong hoc 2.0 12 2.4 Mai BTCT 0.75 1.2 0.9

@ ® © ® ©

1.3.1 Sơ đồ tính toán của bản sàn

Căn cứ vào điều kiện liên kết biên giữa sàn - đầm và tỷ số hai cạnh của 6 ban dé chon so

đồ tính thích hợp

Theo quan niệm tính toán của phương pháp tra bảng thì có 3 loại liên kết giữa sàn và dầm:

Nếu = 3 thì xem liên kết giữa san va dam la ngam

Nếu a <3 thì xem liên kết giữa sàn và dầm là khớp

Nếu đưới sàn không có đầm thì xem liên kết giữa sàn và đầm là tự đo

Từ kết quả chọn sơ bộ, ta có tỷ số giữa chiều cao tiết diện đầm và chiều dày sàn:

A '> 3 — Liên kết giữa bản và dâm là liên kết ngàm - kos À TA Á à

hs

Hình 10: Ô bản

: 12 ⁄ z x

- Khi La > 2 bản làm việc chủ yêu theo phương cạnh ngắn, cơ sở tính toán tương tự dâm

Cắt 1 đải bản có bề rộng b = Im theo phương cạnh ngắn Lại, sơ đồ tính được xác định như hình 4

- Kh ¬ <2 bản làm việc theo cả hai phương Sơ đồ tính như hình 4

z1

Trong thiết kế sàn bao gồm các phương pháp thường dùng để tính toán nội lực như sau:

- Phuong phap |: Tinh 6 ban don theo sơ đồ đàn hồi bằng phương pháp tra bảng Nhận

xét: phương pháp 1 chỉ xét sự làm việc riêng lẽ của các ô sàn nên cho kết quả không

chính sát so với thực tế

- _ Phương pháp 2: Phương pháp phần tử hữu hạn - sử dụng phần mềm để tính toàn (phân

mềm Etabs) Nhận xét: phương pháp 2 là phương pháp hiện đại có kế đến sự làm việc

chung, tương tác giữa các ô sàn, cũng như tương quan độ cứng để xét liên kết, sơ đồ tính chính xác hơn

Bản sàn xem nhự cấu kiện chịu uốn, cốt thép tinh cho các ô sàn được quy về tiết điện hình

chữ nhật b x h = 1000 x h:; mm Sử dụng kết quả mômen theo Strip từ ETABS để tính toán thép sàn

Bước l: Giả thiết a = 30mm, ho=h,- a

Bước 2: Xác định giá trị ơm rồi so sánh ơm < ơn, nêu không thỏa thì tăng kích thước sàn hoặc

cap độ bền bê tông:

- Hàm lượng cốt thép hợp ly: u= (0.3 ~ 0.9)% đối với loại bản dầm

u= (0.4 ~ 0.8)% đối với loại bản kê 4 cạnh

b Kết quả tính toán

Vì quá trính tính toán thép sàn cho từng ô lặp đi lặp lại, nên chỉ tính toán chỉ tiết một ô sàn

điển hình Còn kết quả tính toán thép của các ô còn lại sẽ được trình bày vào bảng

Chọn ô sàn VPI để tính toán chỉ tiết

- _ Giả thiết khoảng cách a = 30 mm

- _ Chiều cao làm việc của tiết dién ho= hy- a = 120 - 30 = 90 mm - Số liệu tính toán:

- Chon thép co đường kính $10 có as= 78.54 mm2

Kết quả tính toán được tóm tắt trong bảng sau:

Ô sàn Vị tí M he ơm £ Ase ba Aste

Mn -12.7301 100 0.1518 0.1656 593.12 10a130 604 M2 4.1428 100 0.0494 0.0507 181.65 8al170 296 Mìn -13.5038 100 0.1611 0.1767 633.01 10a120 654 S9 Mr: -12.7301 100 0.1518 0.1656 593.12 10a130 604

Mi 4.0483 100 0.0483 0.0495 177.40 8al170 296

Mi -13.5038 100 0.1611 0.1767 633.01 10a120 654

Mn -14.3414 100 0.1711 0.1889 676.81 10a110 714 M2 5.95 100 0.0710 0.0737 264.00 8a180 279 Mìn -13.7342 100 0.1638 0.1800 644.99 10a120 654 S10 Mr: -13.0625 100 0.1558 0.1703 610.19 10a120 654

Mi 4.6395 100 0.0553 0.0570 204.08 8al80 279

Mi -8.441 100 0.1007 0.1063 380.98 10a200 393

Mn -12.0136 100 0.1433 0.1554 556.64 10a140 561 M2 3.7808 100 0.0451 0.0462 165.39 8a180 279 Mìn -12.8855 100 0.1537 0.1678 601.09 10a130 604 S12 Mr: -10.8343 100 0.1292 0.1389 497.55 10a150 524

Mi 4.1469 100 0.0495 0.0508 181.83 8a180 279

Mì -12.5843 100 0.1501 0.1635 585.66 10a130 604

Mn - 13.6784 100 0.1632 0.1792 642.08 10a120 654 M2 5.5013 100 0.0656 0.0679 243.36 8a170 296 Mìn -9.8848 100 0.1179 0.1258 450.79 10a170 462 S13 Mr: -13.6784 100 0.1632 0.1792 642.08 10a120 654

Mi 5.5013 100 0.0656 0.0679 243.36 8a180 279

Mi -13.0779 100 0.1560 0.1705 610.98 10a120 654

Mn -14.3414 100 0.1711 0.1889 676.81 10a110 714 M2 6.6346 100 0.0791 0.0825 295.74 8a170 296 Mìn -14.3363 100 0.1710 0.1888 676.54 10a110 714 S14 Mr -13.1674 100 0.1571 0.1718 615.60 10a120 654

Mi 3.892 100 0.0464 0.0476 170.38 8a180 279

Mì -10.2949 100 0.1228 0.1314 470.90 10a160 491

Mn -12.7604 100 0.1522 0.1660 594.67 10a130 604 M2 5.3925 100 0.0643 0.0665 238.38 8a180 279 Mìn -13.0779 100 0.1560 0.1705 610.98 10a120 654

Mi 5.8763 100 0.0701 0.0727 260.60 8a180 279

Mi -4,5782 100 0.0546 0.0562 201.31 8a180 279

Mn - 10.0046 100 0.1193 0.1275 456.65 10a170 462 M2 5.3925 100 0.0643 0.0665 238.38 8a180 279 Mìn -12.7818 100 0.1525 0.1663 595.77 10a130 604 S17 Mr: -11.912 100 0.1421 0.1539 551.51 10a140 561

Mi 4.4141 100 0.0527 0.0541 193.88 8a170 296

Mi - 13.2762 100 0.1584 0.1734 621.22 10a120 654

Mn -10.99 100 0.1311 0.1410 505.29 10a150 524 M2 6.6346 100 0.0791 0.0825 295.74 8a160 314 Mìn -14.3363 100 0.1710 0.1888 676.54 10a110 713 S18 Mr: -13.1674 100 0.1571 0.1718 615.60 10a120 654

Mi 3.1873 100 0.0380 0.0388 138.90 8a160 314

Mi -10.2949 100 0.1228 0.1314 470.90 10a160 491

Mn -11.912 100 0.1421 0.1539 551.51 10a140 561 M2 4.5109 100 0.0538 0.0553 198.26 8a180 279 Mìn -13.2762 100 0.1584 0.1734 621.22 10a120 654 S19 Mr: -11.6742 100 0.1393 0.1506 539,52 10a140 561

Mi 5.4123 100 0.0646 0.0668 239.29 8al160 314

Mi -4,5782 100 0.0546 0.0562 201.31 8a180 279

Mn -11.6628 100 0.1391 0.1504 538.95 10a140 561 M2 4.5109 100 0.0538 0.0553 198.26 8a180 279 Mìn -8.7217 100 0.1040 0.1101 394.43 10a190 413

CHUONG 2: THIET KE KHUNG

2.1 Kích thước tiết điện dầm và cột

Hình 14: Chọn tiết điện khung trục C

Hình 15: Tên cấu kiện dâm, cột khung trục C

2.2 Sơ đồ tính và phương pháp xác định nội lực theo sơ đồ khung không gian

2.2.1 Sơ đồ tính

Sơ đồ khung không gian, với khung gồm các cột và dầm liên kết cứng với nhau, các khung lại liên kết với nhau theo phương mặt phẳng ngoài khung tạo thành khối cứng giúp phân

phối nội lực tốt hơn, cột liên kết ngàm với móng

Sử dụng phần mềm hữu hạn ETABS để mộ phỏng tính toán và xác định nội lực

Chọn sơ đồ tính là dầm liên tục mà gối tựa khớp là các cột của công trình Cách này có một

khuyết điểm là không kế đến sự phân phối mômen về cột, mômen hai đầu dâm tại một gối

tựa luôn bằng nhau dù chiều dài hai nhịp của hai đầm tại gối này khác nhau Nội lực đầm sẽ xác định theo sơ đề đàn hồi nên nhịp tính toán lay theo trục gối tựa

2.2.2 Xác định tải trọng tác dụng

a Tinh tai do trọng lượng bản thân sàn và hoạt tải sàn

Phòng học 12 3.88 2.0 4.428 2.4

Mai BTCT 12 5.00 0.75 5.68 09

| 28.28 13.75 31.698 16.5 Tong

42.03 48.198

b Tinh tai do trọng lượng bản thân tường

- Trọng lượng bản thân tường tác dụng lên dầm được xác định theo công thức:

gi= bhmny:

Trong đó: bị bề rộng tường