Đồ án bê tông cốt thép 1 trường ĐH Bách Khoa Hồ Chí Minh

Đồ án của một sinh viên trường Đại học Bách Khoa Hồ Chí Minh làm dưới sự hướng dẫn củ TS. Hồ Đức Duy. Nội dung đồ án: sàn sườn toàn khối loại bản dầm. Đồ án ngoài phần tính toán thủ công, còn có bổ sung phần hướng dẫn tính toán bằng phần mềm SAP2000 khi thiết kế dầm chính

L    , nên bản thuộc loại bản dầm, bản làm việc một phương theo cạnh ngắn

2 Chọn sơ bộ kích thước các cấu kiện:

- Chọn chiều dày của bản:

 D: hệ số phụ thuộc vào tải trọng, D = (0,8 - 1,4)

 L1: chiều dài cạnh ngắn của ô bản

 hmin: chiều dày tối thiểu của ô bản, hmin=60mm đối với sàn của nhà công nghiệp

- Cắt theo phương cạnh ngắn (phương L1) một dải có chiều rộng b = 1m

- Sơ đồ tính là dầm liên tục, gối tựa là tường biên và các dầm phụ

- Bản sàn được tính theo sơ đồ khớp dẻo, nhịp tính toán được lấy theo mép gối tựa

 L0b: nhịp tính toán của nhịp biên

 L0: nhịp tính toán của nhịp giữa

 t: chiều dày của tường chịu lực

 Cb: chiều dài của đoạn bản kê lên tường, chọn Cb ≥ (hb; 120mm)

s f i i i

Trong đó:

ng,i: hệ số độ tin cậy về tải trọng (hệ số vượt tải) của lớp thứ i;

γi: trọng lượng riêng của lớp thứ i;

δi: chiều dày của lớp thứ i

b Hoạt tải:

Hoạt tải tính toán: p s f p, p c

np: là hệ số tin cậy về tải trọng (hệ số vượt tải) của hoạt tải

pc: hoạt tải tiêu chuẩn

c Tổng tải:

các lớp cấu tạo bản chiều dày

δi

trọng lượng riêng γi

tải tiêu chuẩn

gs,c và pc

hệ số tin cậy ,

Giá trị nội lực được xác định dựa trên cơ sở xuất hiện khớp dẻo

Momen nhịp giữa và gối giữa: 1 2

16 s

M   q L

Momen nhịp biên và gối thứ hai: 1 2

11 s

M   q L

L được xác định như sau:

 Nhịp biên lấy L = L0b

 Gối thứ hai lấy L = max(L0b; L0)

 Các nhịp giữa và gối giữa L = L0

.

m b

15MPaR b 25MPa thì phải nội suy αpl và ξpl.

Từ αm tính chiều cao tương đối của vùng bê tông chịu nén ξ

R



Kiểm tra hàm lượng cốt thép:

- Khoảng cách cốt thép chịu lực 70 ≤ a ≤ 200 đối với cốt thép chịu momen dương

- Khoảng cách cốt thép chịu lực 100 ≤ a ≤ 200 đối với cốt thép chịu momen âm

- Chênh lệch diện tích cốt thép ΔAs ≤ 5%

- Cốt thép cấu tạo của bản đặt theo các gối biên và dọc theo các dầm chính, có tác dụng tránh cho bản xuất hiện khe nứt do chịu tác dụng của momen âm mà trong tính toán chưa xét đến và làm tăng độ cứng tổng thể của bản được xác định như sau:

1

L

L  3 Chọn d6@300

PHẦN 2: DẦM PHỤ

1 Sơ đồ tính:

- Dầm phụ tính theo sơ đồ khớp dẻo

- Sơ đồ tính là dầm liên tục có các gối tựa là đường biên và các dầm chính

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

Trong đó: ng : hệ số tin cậy về tải trọng, ng = 1,1

γ bt : trọng lượng riêng của bê tông γ bt = 25 kN/m3

b dp

h b

h dp

- Tĩnh tải tính toán từ bản sàn truyền vào dầm phụ:

- Momen dương bằng không cách mép gối tựa một đoạn:

 Đối với nhịp biên:

 Lực cắt lớn nhất bên trái và bên phải các gối giữa:

2P 3T 3P 0,5. dp. 0 0,5.33.5,5 90,8

 Lực cắt nhỏ nhất bên trái và bên phải các gối giữa:

Cốt đai sử dụng loại CI : Rsw = 175 Mpa

4.1 Cốt dọc:

a) Tại tiết diện ở nhịp:

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

Xác định các kích thước của tiết diện chữ T :

Kích thước tiết diện chữ T: b’f =1160mm; h’f=80mm; b=200mm; h=400mm

Tiết diện chịu momen âm, bảng cánh nằm trong vùng chịu kéo nên xem như không tham gia chịu lực với sườn, tính cốt thép theo tiết diện chữ nhật b xh dp dp 200 500x mm

Tính cốt thép theo các công thức sau :

Do tính theo sơ đồ khớp dẻo :

500 0

chọn cốt thép chọn

Asc (mm2)

Khả năng chịu cắt của bê tông :

+ Đối với bê tông nặng : φ b3 = 0.6

+ Cấu kiện chịu uốn nên : φ n = 0

+ Tại gối hai, cánh chịu nén tính theo tiết diện chữ nhật nên: φ f = 0

+ Khoảng cách giữa các cốt đai theo cấu tạo: hdp = 500 mm

* Bố trí trong đoạn dầm gần gối tựa L/4:

500

dp ct

Tại tiết diện đang xét, cốt thép bố trí có tiết diện As

Chọn chiều dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép dọc chịu lực là ao = 2.5cm, khoảng cách thông thủy giữa các thanh thép theo phương chiều cao dầm là t = 2.5cm

Xác định khoảng cách a thật : a th => h oth = h dp - a th

Tính khả năng chịu lực từ các công thức sau :

x

Nhịp Biên

(1160x500)

cắt 2d12, còn 2d14 + 2d12 534 32 468 0,032 0,032 68,8 cắt 2d14, còn 2d12 226 21 469 0,014 0,014 29,5

Gối 2

(200x500)

cắt 2d12, còn 4d12 452 31 469 0,159 0,146 54,6 cắt 2d12, còn 2d12 226 31 469 0,079 0,076 28,5 Nhịp 2

(1160x500)

cắt 2d14, còn 2d12 226 31 469 0,014 0,014 29,5 Gối giữa

(200x500)

cắt 2d14, còn 2d12 226 31 469 0,079 0,076 28,5

5.2 Xác định vị trí cắt lý thuyết:

Vị trí của tiết diện cắt lý thuyết x được xác định theo tam giác đồng dạng

Tiết diện Thanh thép Vị trí cắt lý thuyết x (mm) Q (KN)

Nhịp biên

bên trái

2

2 (2d14)

5.3 Xác định đoạn kéo dài W

Đoạn kéo dài W được xác định theo công thức :

Trong đó:

+ Q: lực cắt tại tiết diện cắt lí thuyết, tính trong bảng trên

+ Qs, inc: khả năng chịu lực cắt cốt xiên trong vùng cắt bớt cốt dọc, không

có các đoạn cốt xiên trên dầm phụ nên Qs, inc = 0

+ qsw: khả năng chịu cắt của cốt đai tại tiết diện cắt lí thuyết

Kết quả tính toán các đoạn neo W được tóm tắt trong bảng

3 (2d12)

nhịp biên

bên phải

3 (2d12)

2 (2d14)

Gối 2 trái

5 (2d12)

6 (2d12)

Gối 2 phải

6 (2d12)

5 (2d12)

Kiểm tra neo, nối cốt thép:

Nhịp biên bố trí 2d14 + 4d12 có As = 760 mm2, neo vào gối 2d14 + 2d12 có As = 534 mm2 > 1/3

x 760 = 253 mm2 Các nhịp giữa bố trí 2d14 + 2d12 có As = 534 mm2, neo vào gối 2d12 có

As = 226 mm2 > 1/3 x 534 = 178 mm2

Chọn chiều dài đoạn neo vào gối biên là 190 mm và các gối giữa là 420 mm

Tại nhịp 2, nối thanh số 4(2d12) và thanh số 9(2d12)

Chọn chiều dài đoạn nối là 480mm > 20d = 440 mm

Tung độ của biểu đồ bao moment tại tiết diện bất kì cho từng trường hợp tải dược tính theo công thức :

Bảng tra không cho các trị số α tại một số tiết diện, ta phải tính nội suy theo phương pháp cơ học kết cấu

Lưu ý: MD ở sơ đồ MP1 và MP2 lấy bằng MC (vì tính chất đối xứng)

a Xác định biểu đồ bao momen:

Bảng xác định tung độ biểu đồ momen thành phần và biểu đồ bao momen (kNm)

Vẽ chồng các biểu đồ moment thành phần M1,M2,M3…trên cùng một biểu đồ,biểu đồ bao moment thu được là đường viền ngoài cùng của các biểu đồ moment thành phần

B

,

B tr mg

M M mg B ph,

2200 150

x 410 124 124 373, 6( )2200

B tr mg

B ph mg

C tr mg

C ph mg

a Xác định biểu đồ lực cắt cho từng trường hợp tải:

Ta có quan hệ giữa momen và lực cắt: “đạo hàm của momen chính là lực cắt”

M B ph,

mg

M

Hình Biểu đồ bao lực cắt

4 Tính cốt thép:

a Cốt dọc:

Tại tiết diện ở nhịp:

Các tiết diện ở nhịp chịu moment dương (căng thớ dưới), do đó bản cánh chịu nén, tiết diện tính toán là tiết diện chữ T

Xác định các kích thước của tiết diện chữ T :

Ta thấy M < Mf nên trục trung hòa qua cánh, tính cốt thép theo bài toán cấu kiện chịu uốn có tiết diện chữ nhật b xh'f dc 1260 700x mm

Tại tiết diện ở gối:

Các tiết diện ở gối chịu moment âm (căng thớ trên), do đó bản cánh chịu kéo, tiết diện tính toán

là tiết diện chữ nhật bdc x hdc = 300 x 700

Giả sử agối = 70mm => ho = h – agối = 700 – 80 = 620mm

Tính cốt thép theo các công thức sau :

Do tính theo sơ đồ khớp dẻo : m R 0.439

Kiểm tra hàm lượng cốt thép:

Khả năng chịu cắt của cốt đai :

+ Đối với bê tông nặng : φb3 = 0.6

+ Cấu kiện chịu uốn nên : φn = 0

+ Tại gối hai, cánh chịu nén tính theo tiết diện chữ nhật nên: φf = 0

1 1,5.1.0, 75.300.620

490,5264,5.1000

+ Khoảng cách giữa các cốt đai theo cấu tạo: hdp = 500 mm

* Bố trí trong đoạn dầm gần gối tựa:

700

dc ct

s = min(Stt, Smax, Sct) = min (170; 490,5; 250 ) = 170 mm

* Bố trí trong đoạn dầm giữa nhịp: Bố trí theo cấu tạo

min ;500 min ;500 500 ( )

dc ct

w w

150.(1 ) 191,84.10 (1 )

650 5,3 2.50.175

s

s s

h F h m

n A R

=> Chọn 6 cốt treo

Vậy bố trí mỗi bên 3 đai,với bước đai là 50mm

5 Biểu đồ vật liệu:

a Tính khả năng chịu lực của tiết diện:

Tại tiết diện đang xét, cốt bố trí có diện tích As

Chọn chiều dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép dọc, a0, nhịp = 25mm và agối = 40mm, khoảng cách giữa hai thanh thép theo phương chiều cao dầm là t = 30mm

- Xác định ath => h0th = hdc – ath

- Tính khả năng chịu lực theo công thức sau:

Gối B

bên phải

(300x700)

cắt 2d22 còn 4d25 + 2d22 2723 67 633 0,472 0,361 368,6 cắt 2d22,còn 4d25 1963 53 647 0,333 0,278 296,4

gối C

bên phải

(300x700)

uốn 2d22, còn 4d25 1963 53 647 0,333 0,278 296,4 cắt 2d25 ,còn 2d25 982 53 647 0,167 0,153 163,1

Nhịp giữa

(1260x700)

uốn 2d22, còn 2d22 760 36 664 0,030 0,029 139,2

a Xác định tiết diện cắt lý thuyết:

 Vị trí cắt lý thuyết x, được xác định theo tam giác đồng dạng

 Lực cắt tại các tiết diện cắt lý thuyết Q, lấy bằng độ dốc của biểu đồ bao momen

Tiết diện Thanh thép Vị trí điểm cắt lý thuyết x(mm) Q(kN)

Nhịp biên

(bên trái)

(1)

b Xác định đoạn kéo dài W:

- Đoạn kéo dài W được xác định theo công thức sau:

Trong đó:

+ Q: lực cắt tại tiết diện cắt lí thuyết, tính trong bảng trên

+ Qs, inc: khả năng chịu lực cắt cốt xiên trong vùng cắt bớt cốt dọc, các cốt xiên đều nằm ngoài vùng cắt bớt cốt dọc nên Qs, inc = 0

+ qsw: khả năng chịu cắt của cốt đai tại tiết diện cắt lí thuyết

Kết quả tính toán các đoạn neo W được tóm tắt trong bảng

Tiết diện Thanh thép Q

Wchọn

(mm) Nhịp biên

Kiểm tra uốn cốt thép:

 Uốn từ nhịp biên lên gối B (xét phía momen dương) :

Thanh thép số 2(2d22)

[M]tdt = 263,2 kNm ; [M]tds = 139,2 kNm

Điểm bắt đầu uốn cách tiết diện trước: 3520 > ho/2 = 638/2 = 319 mm

Tiết diện sau cách tiết diện có M = 280 kNm một đoạn 70 mm (xem lại bảng Xác định vị trí tiết diện cắt lý thuyết)

Tiết diện sau cách tiết diện trước: 2200 + 70 = 2270 mm

Điểm kết thúc uốn cách tiết diện trước: 2270 + 1250 + 530 = 4050 mm

Vậy điểm kết thúc uốn nằm ngoài tiết diện sau một đoạn: 4050 – 2270 = 1780 mm

 Uốn từ gối B xuống nhịp biên (xét phía momen âm) :

Thanh thép số 2(2d22)

[M]tdt = 422,1 kNm ; [M]tds = 296,4 kNm

Điểm bắt đầu uốn cách tiết diện trước: 350 > ho/2 = 624/2 = 312 mm

Tiết diện sau cách tiết diện trước một đoạn 430 mm (xem lại bảng Xác định vị trí tiết diện cắt lý thuyết)

Điểm kết thúc uốn cách tiết diện trước: 350 + 530 = 880 mm

Vậy điểm kết thúc uốn nằm ngoài tiết diện sau một đoạn: 880 – 430 = 450 mm

 Uốn từ gối C xuống nhịp 3 (xét phía momen âm):

Thanh thép số 11(2d22)

[M]tdt = 368,6 kNm ; [M]tds = 163,1 kNm

Điểm bắt đầu uốn cách tiết diện trước: 350 > ho/2 = 633/2 = 316,5 mm

Tiết diện sau cách tiết diện trước một đoạn 840 mm (xem lại bảng Xác định vị trí tiết diện cắt lý thuyết)

Điểm kết thúc uốn cách tiết diện trước: 350 + 640 = 990 mm

Vậy điểm kết thúc uốn nằm ngoài tiết diện sau một đoạn: 990 – 840 = 150 mm

 Uốn từ nhịp 3 lên gối C (xét phía momen âm) :

Thanh thép số 11(2d22)

[M]tdt = 274,3 kNm ; [M]tds = 139,2 kNm

Điểm bắt đầu uốn cách tiết diện trước: 1215 > ho/2 = 664/2 = 332 mm

Tiết diện sau cách tiết diện trước một đoạn:

(260 – 139,2)/201,3 = 0,6 = 600 mm

( 201,3kN là độ dốc của biểu đồ momen )

Điểm kết thúc uốn cách tiết diện trước: 1215 + 640 = 1855 mm

Vậy điểm kết thúc uốn nằm ngoài tiết diện sau một đoạn: 1855 – 600 = 1255 mm

Kiểm tra neo, nối cốt thép:

Nhịp biên bố trí 6d22 có As = 2281 mm2, neo vào gối 2d22 có As = 760 mm2 > 1/3 x 2281 = 760

mm2 Các nhịp giữa bố trí 4d22 có As = 1521 mm2, neo vào gối 2d12 có As = 760 mm2 > 1/3 x

1521 = 507 mm2

Chọn chiều dài đoạn neo vào gối biên là 320 mm và các gối giữa là 590 mm

Tại nhịp giữa, nối thanh số 6(2d25) và thanh số 10(2d25), nối thanh 10(2d25) và 10(2d25) Chọn chiều dài đoạn nối là 1000mm > 20d = 500 mm

PHẦN 4: TÍNH NỘI LỰC BẰNG PHẦN MỀM SAP2000 V.14

1/ Tạo mô hình kết cấu:

- Chọn hệ đơn vị kN, m, C

- Vào File > New Model, hộp thoại xuất hiện chọn Beam

- Nhập : Number of spans: 5 và Span length: 6,6

2/ Định nghĩa vật liệu:

- Vào Define > Materials, hộp thoại xuất hiện chọn Conc Đặt tên: B15

- Nhập: Mass per unit Volume : 0

Weight per unit Volume : 25 Modulus of Elasticity : 2,3E7 Possion’s Ratio : 0,2 Coeff Thermal Expansion : 0

3/ Định nghĩa đặc trưng hình học của tiết diện:

- Vào Define > Frame Sections, hộp thoại xuất hiện chọn Add Rectangular > Add new Properties, hộp thoại Rectangular Section xuất hiện

- Nhập: Section name : D

Material : B15 Depth(t3) : 0,7 Width(t2) : 0,3

4/ Định nghĩa các trường hợp tải trọng:

- Vào Define > Load Patterns

- Khai báo một tĩnh tải (TT) và 10 hoạt tải (HTi, i = 1->10)

Lưu ý: Khai báo Self Weight Multiplier là 0 vì tĩnh tải đã được quy đổi thành lực tập

trung

5/ Định nghĩa tổ hợp nội lực:

- Vào Define > Combinations

- Định nghĩa cấu trúc tổ hợp: COMBi = 1xTT + 1xHTi (i = 1->10)

Mục Combination Type, chọn Linear Add

- Định nghĩa cấu trúc bao nội lực:

BAO = Max và Min{ 1xCOMB1, 1xCOMB2, 1xCOMB3, 1xCOMB4, 1xCOMB5, 1xCOMB6, 1xCOMB7, 1xCOMB8, 1xCOMB9, 1xCOMB10}

Mục Combination Type, chọn Envelop

6/ Gán đặc trưng hình học của tiết diện cho phần tử:

- Chọn tất cả phần tử

- Vào Assign > Frame/Cable/Tendon > Frame Sections

- Chọn D tại mục Find this property

7/ Gán tải trọng tác dụng lên phần tử:

- Trường hợp tĩnh tải

Chọn tất cả các phần tử vào Assign > Frame/Cable/Tendon Loads > Point

Trong hộp thoại xuất hiện, tại mục Point Loads:

Ô số 1 nhập: Distance = 2,2 và Load = 64,4

Ô số 2 nhập: Distance = 4,4 và Load = 64,4

- Trường hợp hoạt tải làm tương tự

Lưu ý: thay tải trọng thành 138(kN) và nhớ chọn mục Load case name các trường

hợp tải tương ứng

8/ Chọn bậc tự do cho kết cấu:

- Vào Analyze > Set Analysis Options

- Chọn UZ,UX và RY

9/ Giải bài toán;

Vào Analyze > Run Analysis

10/ Xem kết quả:

Vào Display > Show Forces/Stresses > Frame/Cables Chọn biểu đồ của trường hợp tải mà

mình muốn xem

TABLE: Element Forces - Frames

2 2,2 bao Max 2,3653E+14 2,18734E+14

3 5,72 bao Max 2,35855E+14 1,6192E+14

4 2,2 bao Min -2,3653E+14 -6,42709E+14

5 5,72 bao Min 2,69544E+14 2,37199E+14

Lưu ý:

 Để kết quả nội lực giải bằng Sap2000 giống với trong bảng tra, phải hiệu chỉnh phần định nghĩa đặc trưng hình học tiết diện Bằng cách vào hộp thoại Property/Stiffness Modification Factors, cho hệ số Moment of Inertia about 3 axis bằng 1, các hệ số còn lại bằng 0

 Đây là sơ đồ hoạt tải sử dụng để tính toán nội lực cho dầm chính:

Để kết quả giải nội lực bằng Sap 2000 cho ra một biểu đồ bao Momen đối xứng, ta phải đặt thêm 4 hoại tải HT7, HT8,H T9, HT10 đối xứng với 4 hoạt tải HT3, HT4, HT5, HT6 như sau:

PHẦN 5: THỐNG KÊ VẬT LIỆU

Thống kê cốt thép

Bảng tổng hợp cốt thép

Bảng chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật