Thuyết minh bài tập lớn bê tông cốt thép 1 sàn sườn bê tông cốt thép toàn khối

Tính toán và cấu tạo sàn sườn toàn khối có sơ đồ mặt bằng như hình vẽ.. Với các số liệu sau : Sinh viên làm các điều sau đây : • Chọn vật liệu sử dụng cho sàn cấp độ bền bê tông, nhóm

KHOA XÂY DỰNG

BỘ MÔN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH



THUYẾT MINH

BÀI TẬP LỚN BÊ TÔNG CỐT THÉP 1

SÀN SƯỜN BÊ TÔNG CỐT THÉP TOÀN KHỐI

GVHD: Trần Thị Nguyên Hảo SVTH: Nguyễn Tấn Đức MSSV: 21520100087 NHÓM: N7-04

TP Hồ Chí Minh – 12/2023

1

1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM

BỘ MÔN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH

ĐỒ ÁN KẾT CẤU BTCT SỐ 1 SÀN SƯỜN TOÀN KHỐI CÓ BẢN DẦM

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Tấn Đức

Lớp: XD21/A5

ĐỀ SỐ: N7-04

Tính toán và cấu tạo sàn sườn toàn khối có sơ đồ mặt bằng như hình vẽ Với các số liệu sau :

Sinh viên làm các điều sau đây :

• Chọn vật liệu sử dụng cho sàn (cấp độ bền bê tông, nhóm 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- đà phụ- đà chính

Các nội dung trên phải được trình bày đầy đủ vào bản thuyết minh có khổ giấy A4(210x297) 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(600x850) với nội dung theo chỉ dẫn,

𝛾𝑛 = 0,87

1

2

- Hoạt tải tiêu chuẩn : pc = 3,7 KN/m2

- Hệ số vượt tải của hoạt tải : np = 1,3

- Bêtông với cấp độ bền B20 : Rb = 11,5 MPa ; Rbt = 0,9 MPa ; Eb = 27,5x103 MPa

1

5

1.2 Xác định sơ bộ chiều dày của bản sàn:

1.2.1 Xác định sơ bộ chiều dày bản sàn

➔ Bản thuộc loại bản dầm, bản làm việc theo phương cạnh ngắn (uốn theo cạnh ngắn)

- Để tính bản, ta cắt theo phương cạnh ngắn (phương vuông góc với dầm phụ) một dải có chiều rộng b = 1m = 1000mm Xem bản như một dầm liên tục nhiều nhịp, gối tựa là dầm phụ

𝑚3)

Trị tiêu chuẩn

𝑔𝑠𝑐(𝑘𝑁/𝑚2)

Hệ số độ tin cậy về tải trọng 𝛾𝑓,𝑖

• Kiểm tra điều kiện: m  R  phá hoại dẻo, tính cốt đơn

• Kiểm tra điều kiện: m  R  phá hoại dẻo, tính cốt đơn

a (mm) Asc (mm2)

Nhịp biên 2,288 0,066 0,068 204,8 0,372 6 140 202 Gối thứ 2 2,288 0,066 0,068 204,8 0,372 6 140 202

- Cốt thép chịu momen âm  bố trí phía trên

- Cốt thép chịu momen dương  bố trí phía dưới

b Bố trí thép cấu tạo:

- Thép mũ cấu tạo : Cốt thép phân bố phía trên đặt vuông góc với cốt thép chịu momen âm

và để liên kết với các cốt thép mũ : Chọn 6a250

-Thép cấu tạo theo phương cạnh dài : Cốt thép phân bố phía dưới đặt vuông góc với các cốt thép chịu momen dương :

2 < 𝑙2

𝑙1 =

4,82,1= 2,286 < 3

Đường kính cốt thép phân nhỏ hơn đường kính thép chịu lực, khoảng cách a từ 200 –

12

2 TÍNH TOÁN DẦM PHỤ

2.1 Sơ đồ tính toán và nhịp tính toán

- Dầm phụ là dầm liên tục 3 nhịp với các gối tựa là dầm chín

Hình 7 Sơ đồ xác định nhịp tính toán của dầm phụ

- Nhịp tính toán của dầm phụ lấy theo mép gối tựa

+ Đối với nhịp biên: 𝐿𝑜𝑏 = 𝐿2−3

2𝑏𝑑𝑐 = 4800 −3

2× 300 = 4350𝑚+ Đối với nhịp giữa : 𝐿𝑜𝑔 = 𝐿2− 𝑏𝑑𝑐 = 4800 − 300 = 4500𝑚𝑚

Tra bảng ở phụ lục 16 Kết cấu bê tông cốt thép ( Phan Quang Minh ) → 𝑘 = 0,214

-Tung độ của biểu đồ bao momen tính theo công thức: 𝑀 = 𝛽 × 𝑞𝑑𝑝× 𝑙2

+ Trong đó: 𝛽 tra bảng ở 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 :

11

Nhịp Tiết diện 𝐿𝑜

(m)

𝑞𝑑𝑝𝐿𝑜 KN.m

KN.m

𝑀𝑚in KN.m

Bảng 4 : Xác định tung độ biểu đồ bao momen của dầm phụ

Hình 9 Biểu đồ bao momen của dầm phụ ( kN/m)

12

-Tính toán lực cắt theo sơ đồ khớp dẻo, tung độ của biểu đồ bao lực cắt được xác

định như sau:

Gối thứ nhất: 𝑄1 = 0,4 𝑞𝑑𝑝 𝐿𝑏 = 0,4 × 18,130 × 4,5 = 32,634 (𝑘𝑁)

Bên trái gối thứ hai: 𝑄2𝑡 = 0,6 𝑞𝑑𝑝 𝐿𝑏 = 0,6 × 18,130 × 4,5 = 48,951 (𝑘𝑁)

Bên phải gối thứ hai và các gối giữa:

𝑄2𝑝 = 𝑄𝑖𝑡 = 𝑄𝑖𝑝 = 0,5 𝑞𝑑𝑝 𝐿𝑏 = 0,5 × 18,130 × 4,5 = 40,792(𝑘𝑁)

Hình 10 Biểu đồ bao lực cắt ( KN )

2.4 Tính toán và bố trí cốt thép

2.4.1 Tính cốt thép dọc chịu lực:

-Chuẩn bị số liệu tính toán:

+ Bê tông với cấp độ bền B20: 𝑅𝑏 = 11,5𝑀𝑃𝑎 ;𝑅𝑏𝑡 = 0,9𝑀𝑃𝑎

+ Loại thép CB300V: 𝑅𝑠 = 260𝑀𝑝𝑎 , 𝑅𝑠𝑐 = 260 𝑀𝑝𝑎 ,𝑆𝑠𝑤 = 210𝑀𝑝𝑎

- Giả thiết a = 35 mm cho mọi tiết diện

- Chiều cao hữu dụng: ℎ𝑜 = ℎ − 𝑎 = 400 − 35 = 365 𝑚𝑚

- Dầm phụ được tính theo sơ đồ biến dạng dẻo

+ Ở gối tựa , momen tính toán là momen âm, bản nằm trong vùng kéo, không tham gia chịu lực nên tiết diện tính toán là tiết diện chữ nhật

+Ở nhịp, momen tính toán là momen dương, bản nằm trong vùng nén nên tiết diện tính toán là tiết diện chữ T

- Trước khi tính toán cần kiểm tra lại tiết diện dầm phụ, theo kết quả nghiên cứu, theo sơ đồ có xét biến dạng dẻo, tại tiết diện có khớp dẻo phải thỏa điều kiện hạn chế

a Tại tiết diện ở nhịp

Tương ứng với giá trị momen dương

-Bản cánh chịu nén nên cùng tham gia chịu lực với sườn

-Tính toán cốt thép với cấu kiện chịu uốn tiết diện chữ T

+Bề dày cánh:

-𝛥𝐴𝑠ℎ′

𝑓 = ℎ𝑏 = 70𝑚𝑚 -Xét ℎ𝑏

ℎ 𝑑𝑝 = 70

400 = 0,175 > 0,1 -Độ vươn của cánh Sf xác định như sau :

Sf lấy không lớn hơn giá trị bé nhất trong các trị số sau :

𝑆𝑓 ≤1

6× 𝑙𝑑𝑝 =

1

6× 4800 = 800 (𝑚𝑚)

Hình 11 Tiết diện tính cốt thép dầm phụ tại nhịp

- Cốt thép chịu momen dương:

+ Với M=33,409 (kNm) tại nhịp biên:

𝑅𝑏𝑏𝑓ℎ2𝑜 =

33,40911,5 × 103× 1,04 × 0,3652 = 0,021 ≤ 𝛼𝑝𝑙 → 𝜉 = 1 − √1 × 2𝛼𝑚 = 1 − √1 − 2 × 0,021 = 0,0212 ≤ 𝜉𝐷 = 0,37

𝜇% = 𝐴𝑠

𝑏ℎ𝑜 =

243,455

200 × 365× 100% = 0,334% > 𝜇𝑚𝑖𝑛

b Tại tiết diện gối

-Tính toán tiết diện nội lực momen âm

-Bản cánh nằm trong vùng chịu kéo nên không tham gia chịu lực với sườn

-Tính toán cốt thép đối với cấu kiện chịu uốn theo tiết diện hình chữ nhật

𝑏𝑑𝑝× ℎ𝑝 = 200 × 365(𝑚𝑚)

Hình 12 Tiết diện tính cốt thép dầm phụ tại

- Cốt thép chịu moment âm:

+ Với M=26,25 KNm tại gối thứ 2:

(mm2)

µ (%)

16

2.4.2 Tính toán cốt đai

- Tiết diện bdpx hdp = (200x400) mm

- Bê tông B20: Rb = 11,5 MPa, Rbt = 0,9 MPa

- Cốt thép CB240-T: Rs = 210 MPa, Rsw = 170 MPa, Rsc = 210 Mpa

- Dự kiến dùng 6, 2nhánh

- Giả sử a = 5cm

⇒ ho = hdp – a = 40 – 5 = 35 cm

*Điều kiện tính toán: 𝑄𝑚𝑎𝑥= |𝑄𝐵𝑇| = 48,951 (KN) ⇒ Đây là dầm liên tục nhịp đều nhau

- Kiểm tra điều kiện để dầm bê tông không bị phá hoại trên tiết diện nghiêng

- Hoạt tải tập trung:

+ Hoạt tải dầm phụ truyền lên dầm chính:

144,952 23,647 61,646

-𝑀𝐺+ 𝑀𝑃5

74,948 50,323 -74,938 30,980 58,980

-100,802 88,964 80,564

125,949 16,315 57,981

-𝑀𝐺+ 𝑀𝑃6

150,024 102,352

-143,971 52,769 33,371 -28,104 33,371 52,769

143,971 102,352 150,024

125,699 -0,465 -13,087 125,255 12,157 49,291

-20

𝑀3𝑡𝑟=𝑀3𝑝ℎ= (144,482+63,689)2100−150

2100 -63,689 =129,613KNm

→ 𝐶ℎọ𝑛 𝑀 = 𝑀3 = 129,613 KNm ⇒ 𝑀 = (0,87 × 129,613) = 112,763 𝐾𝑁𝑚

- Xác định biểu đồ bao lực cắt cho từng trường hợp đặt tải:

23

24

2.6 Tính và bố trí cốt thép:

- Bê ông B20: Rb= 11,5MPa; Rbt=0,9MPa; Eb=27.103 MPa

- Cốt dọc sử dụng CB300V: Rs=260 MPa; Rsc= 260MPa; Es=20.104 MPa

- Tiết diện tại nhịp biên

Tính toán theo cấu kiện chịu uốn tiết diện chữ T

+Giả thuyết: a= 50 mm ⇒ ℎ0= h -a =600 – 50= 550 mm

- Xác định vị trí trục trung hòa:

25

𝑀𝑓 = 𝑅𝑏𝑏𝑓ℎ𝑓(ℎ0− 0,5ℎ𝑓) = 11,5 ×1140 ×70× (550-0,5×70)× 10−6

= 472,616 KNm

- Momen lớn nhất tại nhịp biên có là M= 138,051KNm

- Mg < Mf nên trục trung hòa qua cánh → Tính theo tiết diện chữ nhật lớn (bf x hdc)

- Tiết diện tại gối 2:

+ Tại gối 2 có Momen lớn nhất là M=145,202 KNm

+ Tại gối tính toán thép theo tiết diện chữ nhật (bdc x hdc)

- Giả sử a = 70 mm => h0 = h – a = 600 – 70 = 530 mm

Ta có: 𝛼𝑚 = 𝑀2

𝑅 𝑏𝑏ℎ0 = 195,361

11,5×103×0,3×0,532 = 0,150 < 𝛼𝑅 => 𝜉 = 1 − √1 − 2 × 𝛼𝑚 = 1 − √1 − 2 × 0,150 = 0,163

- Tiết diện tại nhịp giữa:

+Tại nhịp tính toán theo cấu kiện chịu uốn tiết diện chữ T

- Momen lớn nhất tại nhịp giữa là: Mg = 88,898 KNm

- Do Mg < Mf nên TTH qua cánh → Tính theo tiết diện chữ nhật lớn (bf x hdc)

Ta có: 𝛼𝑚 = 𝑀𝑏

𝑅𝑏𝑏𝑓ℎ0 = 88,898

11,5×10 3 ×1,14×0,55 2 = 0,0224 < 𝛼𝑅 => 𝜉 = 1 − √1 − 2 × 𝛼𝑚 = 1 − √1 − 2 × 0,0224 = 0,0227

- Tiết diện tại gối 3:

- Tại gối giữa có Momen lớn nhất là: M = 112,763 kN.m

- Tại gối tính toán thép theo tiết diện chữ nhật (bdc x hdc)

- Giả sử a = 70 mm => h0 = h – a = 600 – 70 = 530 mm

Ta có: 𝛼𝑚 = 𝑀3

𝑅 𝑏𝑏ℎ0 = 112,763

11,5×103×0,3×0,532 = 0,116 < 𝛼𝑅 => 𝜉 = 1 − √1 − 2 × 𝛼𝑚 = 1 − √1 − 2 × 0,116 = 0,124

Ta có: 𝐴𝑠 =𝜉𝑅𝑏𝑏ℎ0

𝑅 𝑠 =0,124×11,5×300×530

260 = 872,054 mm2

As ( mm2 ) 𝐴𝑠𝑐ℎ ( mm2 ) 𝜇 Nhịp biên

(1140 600)

102,182 0,026

( 0,413 = αR ) 0,026 721,05 220 = 628,3 (mm2) 0,437% Gối giữa

+ Với điều kiện: 𝑄 ≤ 0,3𝑅𝑏𝑏ℎ0 (109,096 ≤ 569,25) → Xét thấy các vết nứt không bị phá hoại

do ứng suất nén chính tại dải nghiêng ở bụng dầm giữa

+ Với điều kiện: 0,5𝑅𝑏𝑡𝑏ℎ0 ≤ 𝑄 (74,25 ≤ 109,096) → Bê tông không đủ khả năng chịu cắt nên cần tính toán cốt đai cho dầm chính

27

𝑆𝑤 =𝑅𝑠𝑤𝐴𝑠𝑤

𝑞𝑠𝑤 =

17 × 1,0060,324 = 52,78𝑐𝑚 = 527,8𝑚𝑚

+ Sử dụng bêtông B20, cốt thép CB240T, 𝜙8 với asw = 50,3 mm2, n= 2 để tính toán cốt treo Tra bảng có các hệ số như sau: Bêtông B20, 𝑅𝑏 = 11,5 MPa ; 𝑅𝑏𝑡 = 0,9𝑀𝑃𝑎