đồ án bê tông cốt thép THIẾT KẾ NHÀ KHUNG 3 TẦNG

Chọn kích thước chiều dày sàn : Lựa chọn giải pháp kết cấu cho sàn : Chọn giải pháp sàn toàn khối, không bố trí dầm phụ chỉ có các dầm qua các cột.. Xác định nhịp tính toán của dầm: Nhị

THIẾT KẾ NHÀ KHUNG 3 TẦNG

I - Giới thiệu về công trình:

Một ngôi nhà 3tầng được xây dựng ở TP Hồ Chí Minh

+ khối lượng riêng γ = 2500 Kg/m2

+ cường độ chịu nén tính toán Rn = 8.5 Mpa

+ cường độ chịu kéo tính toán Rk = 0.75 Mpa

+ mođun đàn hồi E = 23000 Mpa

Cốt thép :

Nếu đường kính cốt thép Φ ≤ 10 dùng nhóm AI, có:

Rs = 225 MPa, Rsw = 175 MPa, Rsc = 225 MPa

Nếu đường kính cốt thép Φ > 10 dùng nhóm AII, có:

Rs =280 MPa, Rsw = 225 MPa, Rsc = 280 MPa

IV- Chọn sơ bộ kích thước sàn, dầm, cột :

1 Chọn kích thước chiều dày sàn :

Lựa chọn giải pháp kết cấu cho sàn : Chọn giải pháp sàn toàn khối, không bố trí dầm phụ chỉ có các dầm qua các cột

Ta chọn chiều dày sàn theo công thức của tác giả Lê Bá Huế :

với α = dài

ng L L

a, Sàn trong phòng :kích thước Lngắn = B = 4.5 m; Ldài = L2 = 2.5 m

α = dài

ng L L

=6.1

8.3

=0.623

Hoạt tải tính toán:

)/(32.15.2

p

Tĩnh tải tính toán (chưa kể trọng lượng bản thân sàn BTCT)

Cấu tạo và tải trọng các lớp vật liệu sàn

(m)

Hệ số vượt tải n

Tải rọng tính toán g (kN/m2)

Ta có q0 =4.31 > 4 (KN/m2) → k tính theo công thức :

03.10.4

31.4

×

=

623.0837

8.303.1

chọn hs = 100 mm

Vậy nếu tính cả tải trọng bản thân sàn bê tông cốt thép thì

Tĩnh tải tính toán của ô sàn trong phòng :

)/(059.41.11.025309.1

)/(059.7059.4

g p

b Sàn hành lang :kích thước Lngắn = L1 = 2.6 m;

Ldài = B = 3.8 mĐược xác định theo công thức:

α

.837

với

684.08.3

6.2

L

α

Hoạt tải tính toán:

) / ( 6 3 2 1 3

m KN n

07.14

909.4

×

=

684.0837

8.207.1

chọn hhl = 80 mm

Vậy nếu tính cả tải trọng bản thân sàn bê tông cốt thép thì

Tĩnh tải tính toán của ô sàn hàng lang :

)/(509.31.108.025309.1

)/(109.7509.36

g p

Cấu tạo và tải trọng các lớp vật liệu sàn

(m)

Hệ số vượt tải n

Tải rọng tính toán g (kN/m2)

/(302

277.5

=6.1

8.3

×

=

623.0837

8.31.1

chọn hsm = 100 mm

Vì tải trọng trên sàn mái nhỏ nên ta chọn bề dày sàn mái là: hsm = 100 mm

Vậy nếu tính cả tải trọng bản thân sàn bê tông cốt thép thì

Tĩnh tải tính toán của ô sàn trong phòng :

)/(052.71.11.025302.4

)/(03.8052.7975

g p

* lựa chọn kết cấu mái :

Kết cấu mái dùng hệ mái bê tông cốt thép toàn khối

2 Chọn kích thước tiết diện dầm :

a Dầm AB, CD (dầm trong phòng ):

Nhịp dầm L= L2 = 6.1 m

(762.5 435.8) 6100

14

18

114

18

1

mm L

14

18

114

18

1

mm B

N k

a.Cột trục B, C :

Diện chịu tải của cột

+ Diện truyền tải của cột trục B:

)(53.168.32

6.22

1

1

=81.81 (kN) + Lực dọc do tải phân bố đều trên bản sàn hành lang :

N2

8.32

6.2109.7

(m)

Hệ số vượt tải n

Tải rọng tính toán g (kN/m2)

+ 3.8)x 3.9 = 137.315 (KN)

+ Lực dọc do tải phân bố đều trên sàn mái

N4 = qm.SB = 8.03 x 16.53 = 132.686 (KN)

+ Với nhà 3 tầng có 2 sàn và 1 mái :

∑ = + +

= n i.N i 2(81.81 35.12 137.315)

N

)+132.686 = 614.176 (KN)

+ Để kể đến ảnh hưởng của mômen ta chọn k =1.1

)(476.79585

686.6141.1

R

N k A b

Cột trục A có diện chịu tải SA nhỏ hơn diện chịu tải cột trục B, để thiên về an toàn

và định hình hóa ván khuôn, ta chọn kích thước cột trục A và D bằng kích thước cột trục B,C

4.Mặt bằng bố trí dầm, cột, sàn:

C-30x30 D-30x60

D-30x30 D-30x30 D-30x30 D-30x30 D-30x30

D-30x30 D-30x30 D-30x30

D-22x30 D-22x30 D-22x30

D-22x30 D-30x30

V- LẬP SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN KHUNG :

Sơ đồ hình học khung ngang

2 Sơ đồ kết cấu khung :

a Xác định nhịp tính toán của dầm:

Nhịp tính toán của dầm lấy bằng khoảng cách giữa các trục cột:

- Nhịp tính toán của dầm AB:

)

(02.615.015.011.011.01.62222

L

- Nhịp tính toán của dầm BC:

)

(64.215.011.06.222

L

b Chiều cao của cột:

Lấy bằng khoảng cách giữa các trục dầm

Lựa chọn chiều sâu chôn móng từ mặt đất tự nhiên (cốt -0.45) trở xuống

Sơ đồ kết cấu khung ngang

VI XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG ĐƠN VỊ :

- Hoạt tải sàn hành lang : phl=3.6 (KN/m2)

- Hoạt tải sàn mái pm=0.975 (daN/m2)

3 Hệ số quy đổi tải trọng :

a Với ô sàn lớn, kích thước 3.8 x 6.1 (m)

Tải trọng phân bố tác dụng lên khung có dạng hình thang Để quy đổi sang dạng tải trọng phân bố hình chữ nhật, ta cần xác định hệ số chuyển đổi k

3 2

8.3

=

b Với ô sàn hành lang, kích thước 2.6 x 3.8 (m)

Tải trọng phân bố tác dụng lên khung có dạng hình tam giác Để quy đổi sang dạng tải trọng phân bố hình chữ nhật, ta có hệ số

5 =

=

k

VII XÁC ĐỊNH TĨNH TẢI TÁC DỤNG VÀO KHUNG :

Tải trọng bản thân của các kết cấu dầm, cột khung sẽ do chương trình tính toán kết cấu tự tính

Do trọng lượng tường xây trên dầm dọc cao 3.9-0.3=3.6m với

diện tích giảm yếu của cửa Sgiảmyếu=0.7 (m2)

1

2

GB

Giống như mục 1, 2, 3 của GA đã tính ở trên

Do trọng lượng sàn truyền vào

3.509x[(3.8-0.22)+(3.8-2.6)]x(2.6-0.22)/4

71.635 9.98

Sơ đồ phân tĩnh tải sàn tầng mái.

TĨNH TẢI PHÂN BỐ TRÊN MÁI – kN/m

1 Do tải trọng từ sàn truyền vào dưới dạng hình thang với

TĨNH TẢI TẬP TRUNG TRÊN MÁI -( kN )

GBm và GCm

Giống như mục 1, 2, của GA đã tính ở trên 32.01

2 Do trọng lượng ô sàn hành lang truyền vào:

7.052x[(3.8-0.22)+(3.8-2.6)]x(2.6-0.22)/4=860 ( kN ) 20.057 Tổng tải tập trung GBm = GCm 52.067

Ta có sơ đồ tĩnh tải tác dụng vào khung :

D C

B A

29.12

21.13

71.635

42.13 52.067

81.615 71.635

81.615 29.12

21.13

5.218 10.49

29.12 71.63581.615

5.218

VIII XÁC ĐỊNH HOẠT TẢI TÁC DỤNG VÀO KHUNG :

1 Trường hợp hoạt tải 1:

= 3x3.8=11.4(kN/m) Đổi ra tải phân bố đều với k=0.837

I C

I B

I tg

p

(kN/m) Đổi ra tải phân bố đều với k =0.625

85.5625.036.9

[3.8 (3.8 2.6)] 2.6/4 11.76

Sơ đồ phân hoạt tải 1 – tầng mái.

HOẠT TẢI 1-TẦNG MÁI

p

= 0.975x3.8=3.705 Đổi ra tải phân bố đều với k=0.837

mI C

2 Trường hợp hoạt tải 2 :

3 × =

=

II tg p

(kN/m) Đổi ra tải phân bố đều với k =0.625

85.536.9625.0

[3.8 (3.8 2.6)] 2.6/4 11.76

=

= II C

p

= 3x3.8=11.4(kN/m) Đổi ra tải phân bố đều với k=0.837

9.542

II C

II B

Sơ đồ phân hoạt tải 2 – tầng mái.

HOẠT TẢI 2 – TẦNG MÁI

Sàn Do tải trọng từ sàn truyền vào dưới dạng hình tam giác

mái với tung độ lớn nhất :

535.26.2975

=

mII tg p

(kN/m)

Đổi ra tải phân bố đều với k =0.625

58.1535.2625.0

3× =

=

II tg p

(kN/m) Đổi ra tải phân bố đều với k =0.837

542.94.11837.0

3 × =

=

II tg p

(kN/m) Đổi ra tải phân bố đều với k =0.625

85.536.9625.0

=

= III D

(kN)

Do tải trọng sàn truyền vào :

[3 8 ( 3 8 2 6 )] 2 6 / 4 11 7 6

.

(kN) Tổng cộng = =

III C

Sơ đồ phân hoạt tải 3 – tầng mái.

HOẠT TẢI 3 – TẦNG MÁI

Sàn

tầng

mái

Do tải trọng từ sàn truyền vào dưới dạng hình thang

với tung độ lớn nhất : III =0.975×3.8=3.705

ht

p

(kN/m) Đổi ra tải phân bố đều với k =0.837

1.3705.3837.0

=

mII tg p

(kN/m)

Đổi ra tải phân bố đều với k =0.625

58.1535.2625.0

=2,96x3.8+

3.52

=

= mIII D

(kN)

Do tải trọng sàn truyền vào :

[3 8 ( 3 8 2 6 )] 2 6 / 4 3 169 975

.

(kN) Tổng cộng = =

III C

Ta có sơ đồ hoạt tải tác dụng vào khung :

Sơ đồ hoạt tải 2 tác dụng vào khung

5.85

22.53 22.53

Sơ đồ hoạt tải 3 tác dụng vào khung

IX XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG GIÓ :

Công trình thuộc vùng gió II-A tai thành phố Hồ Chí Minh, có áp lực gió đơn vị:

W0= 0.95-0.12=0.83 (kN/m2)

Công trình được xây dựng trong thành phố bị che chắn mạnh nên có địa hình dạng C Công trình cao dưới 40 m nên ta chỉ xét đến tác dụng tĩnh của tải trọng gió Tải trọng gió truyền lên khung sẽ được tính theo công thức:

Gió đẩy: qđ = W0 n ki Cđ B

Gió hút: qh = W0 n ki Ch B

Với qđ – áp lực gió đẩy tác dụng lên khung (KN/m).

qh – áp lực gió hút tác dụng lên khung (KN/m)

Tải trọng gió trên mái quy về lực tập trung đặt ở đầu cột Sđ,Sh với k= 0.697

1.583 1.425

1.415

2.11

1.886 1.899

Sơ đồ phần tử dầm ,cột của khung

-54.63 43.86 -44.26

-15.25

31.03 -46.64 43.18 -40.32 39.25

39.63

-48.54 62.24

-57.29 51.45 -51.17

Biểu đồ bao mômen

2.24 -10.17

-23.03 -20.22

22.28

33.13 29.09

Biểu đồ bao lực cắt

-455.38 -191.66

-605.33

-377.12 -153.46

Biểu đồ bao lực dọc

a.Tính toán cốt thép dọc cho dầm D11, D13, D21 và D23 : bXh=30X60 cm.

Từ biểu đồ bao mômen ta thấy nội lực không biến đổi nhiều nên ta chọn ra nội lưc nguy hiểm nhất để thiết kế chung cho các dầm còn lại

-Tính cốt thép cho nhịp AB (mômen dương) :

Tính theo tiết diện chữ T có cánh nằm trong vùng nén với h ’

f =10 (cm).

Giả thiết a= 5 (cm) h0= 60 – 5 = 55(cm)

Giá trị độ vươn của cánh Sc lấy bé hơn trị số sau :

+ Một nửa khoảng cách thông thủy giữa các dầm

4 2

M f b

có α m < α R = 0.439

=>

982.0)018.0211(5.0).211(5

10.56.107

2 4

0

cm h

R

M A

%46.0

%100.5530

6.7

A s

- Tính cốt thép cho gối B (mômen âm)

Giả thiết a=6 (cm) h0= 60-6 = 54 (cm)

155.0543085

10.96.114

4 2

M b m

α

Có αm = 0.149 < αR =0.439

→

915.0)155.0211(5.0).211(5

1096.114

2 4

0

cm h

R

M A

Chọn 2 þ 20 + 1 þ 18 có diện tích là 8.83 cm2 để bố trí cốt dọc cho gối B

Kiểm tra hàm lượng cốt thép :

min 0

% 53 0

% 100 56 30

83 8

A s

-Tính cốt thép cho gối A (mômen âm)

Giả thiết a=6 (cm) h0= 60-6 = 54 (cm)

12.0543085

104.86

4 2

M b m

104.86

2 4

0

cm h

R

M A

Chọn 2 þ 20 có diện tích là 3.28 cm2 để bố trí cốt dọc cho gối B

Kiểm tra hàm lượng cốt thép :

min 0

% 4 0

% 100 54 30

28 6

-Tính cốt thép cho nhịp AB (mômen dương) :

Tính theo tiết diện chữ T có cánh nằm trong vùng nén với h ’

f =10 (cm).

Giả thiết a= 5 (cm) h0= 60 – 5 = 55(cm)

Giá trị độ vươn của cánh Sc lấy bé hơn trị số sau :

+ Một nửa khoảng cách thông thủy giữa các dầm

1082.79

4 2

M f b

có α m < α R = 0.439

=>

993.0)0133.0211(5.0).211(5,

ζ

)(22.555993.02800

1082.79

2 4

0

cm h

R

M A

%38.0

%100.5530

28.6

A s

- Tính cốt thép cho gối A và B (mômen âm)

Do hai gối có mômen gần bằng nhau nên ta lấy giá trị mômen lớn hơn để tính cốt thép chung cho cả hai gối.

Giả thiết a=6 (cm) h0= 60-6 = 54 (cm)

082.0543085

103.61

4 2

M b m

α

Có αm = 0.082 < αR =0.439

→

957.0)082.0211(5.0).211(5

ζ

)(24.454957.02800

103.61

2 4

0

cm h

R

M A

Chọn 2 þ18 có As = 5.09 (cm2)

Kiểm tra hàm lượng cốt thép :

min 0

% 31 0

% 100 54 30

09 5

A s

c Tính toán cốt thép dọc cho dầm hành lang D-12, D-22 bXh=30x30(cm X cm)

Từ biểu đồ bao mômen ta thấy nội lực không biến đổi nhiều nên ta chọn dầm D-12

có nội lưc nguy hiểm nhất để thiết kế chung cho dầm còn lại (D-22).

M= -24.24(kNm)

B

C

D-12

Ta lấy giá trị momen lớn hơn để tính cốt thép chung cho cả 2 gối

-Tính cốt thép cho gối B và C (mômen âm)

Tính theo tiết diện chữ nhật b×h=30×30cm

Giả thiết a=5 (cm) h0= 30 – 5 =25 (cm)

.152.0253085

1024.24

4 2

M b m

α

có αm=0.152 < αR= 0.439

→

917.0)152.0211(5.0).211(5

1024.24

2 4

0

cm h

R

M A

% 83 0

% 100 25 30

28 6

A s

-Tính cốt thép cho nhịp BC ( chịu mômen dương )

Từ biểu đồ bao mômen ta thấy nhịp BC không có tiết diện chịu uốn nên cốt thép

bố trí theo cấu tạo.

c Tính toán cốt thép dọc cho dầm mái D-32, b X h=30 X 30(cm X cm)

Ta lấy giá trị momen lớn hơn để tính cốt thép chung cho cả 2 gối.

-Tính cốt thép cho gối B và C (mômen âm)

Tính theo tiết diện chữ nhật b×h=30×30cm

Giả thiết a=5 (cm) h0= 30 – 5 =25 (cm)

128.0253085

1042.20

4 2

M b m

α

có αm=0.128 < αR= 0,439

→

93.0)128.0211(5.0).211(5,

1042.20

2 4

0

cm h

R

M A

% 68 0

% 100 25 30

28 6

A s

-Tính cốt thép cho nhịp BC ( chịu mômen dương )

Từ biểu đồ bao mômen ta thấy nhịp BC không có tiết diện chịu uốn nên cốt thép

bố trí theo cấu tạo.

Bảng tính cốt thép dọc cho dầm:

Phần

tử dầm

Tiết diện

µ

Nhịp CD

2.Tính toán và bố trí cốt thép đai cho các dầm :

a.Tính toán cốt đai cho dầm D-11, D-13, D-21 và D-23 : bXh=30X60 cm

+ Từ bảng nội lực ta chọn ra lực cắt nguy hiểm nhất cho dầm làm đại diện để tính cho các dầm còn lại: Q = 136.26 (kN)

+ Kiểm tra lại điều kiện cường độ trên tiết diện nghiêng theo ứng suất nén chính khi đã

503 0 2

10 1 2

0 4

Q

h b R

+ Tính

).

/ ( 4 117 15

1750 503 0 2

cm daN s

R A

+ Xác định giá trị :

Mb = φb2(1+ φf + φn)Rbt .b.ho = 2.(1 + 0 + 0)x7.5x30x542= 1312200 (daN.cm) (do dầm có cánh nằm trong vùng kéo nên φf = 0)

+ Tính c0 :

)(7.1054

.117

1312200

q

M c

.0.c R bh q c q

Q

= 0.6x7.5x30x54 + 117.4x105.7= 19965.96 (daN) =199.65 (kN) > Q = 136.26(kN).Vậy ta bố trí cốt đai Φ8a150 cho dầm D-11, D-13, D-21 và D-23.

b.Tính toán cốt thép đai cho các dầm D-31và D-33:b×h = 30×60(cm).

Ta thấy trong các dầm có kích thước 30×60(cm) thì dầm D11 có lực cắt lớn nhất Q=

136.26(kN) Dầm D11được đặt cốt đai theo tính toán Φ8a150 → ta cũng bố trí cốt thép đai Φ8a150 cho các dầm D31 và D33

c.Tính toán cốt thép đai cho dầm hành lang D-12, D-22, D-32: b×h = 30×30 (cm).

Ta bố trí cốt đai þ 6a150 cho dầm

+ Kiểm tra lại điều kiện cường độ trên tiết diện nghiêng theo ứng suất nén chính khi đã

283 0 2

10 1 2

+ Dầm có h= 30(cm) < 45 (cm) → sct =min(h/2;15cm)= 15 (cm)

+ Giá trị max :

2164

26305.7015.1 1

0 4

Q

h b R

+ Tính

).

/ ( 66 15

1750 283 0 2

cm daN s

R A

+ Xác định giá trị :

Mb = φb2(1+ φf + φn)Rbt .b.ho2 = 2x(1 + 0 + 0)x7.5x30x262= 304200 (daN.cm) (do dầm có cánh nằm trong vùng kéo nên φf = 0)

+ Tính c0 :

)(9.6766

304200

q

M c

.0.c R bh q c q

Q

= 0.6x7.5x30x26 +66x52 =6943 (daN) > Q= 2485 (daN)

Do đó bố trí cốt đai þ6a150 cho các dầm hành lang là đủ khả năng chịu lực cắt

e.Bố trí cốt thép đai cho dầm :

+Với dầm trong nhà b×h = 30×60 (cm).

- Ở hai đầu dầm trong đoạn L/4 ,ta bố trí cốt đai þ8a150 với L là nhịp thông thủy của dầm

-Phần còn lại đặt thưa hơn theo điều kiện cấu tạo

sct = min(3h/4;50cm) = 48cm →ta chọn þ8a200

Ta có ξR=0.650;αR=0.439

2.Tính toán cốt thép cho cột trục A và D

2.1.Tính toán cốt thép cho cột C-11 : b×h = 30×30 (cm).

a.Số liệu tính toán :

Chiều dài tính toán của cột l0= H = 4.55 (m) = 455 (cm)

Giả thiết a = a’ = 4 cm →ho = h - a = 30 - 4 = 26(cm)

Za = ho - a = 36 – 4 = 22 (cm)

Độ mảnh :

2 15 30

>8 → xét đến ảnh hưởng của uốn dọc

Độ lệch tâm ngẫu nhiên :

)

(130.30

1

;322.600

1max30

1

;600

Ký hiệu

cặp nội

lực

Đặc điểm của cặp nội lực

M(kNm)

N(kN)

e1=M/N(cm)

ea

(cm)

e0=max(e1,ea)(cm)

e=η 0+ /2−

Tính hệ số ảnh hưởng của uốn dọc:

11

cr

N N

34 7 5 1

30 05 1 34 7 2 0 5

1

05 1 2

0

×

= +

×

× +

×

=

h e

h e

6750010

3.291.05.2

2

5

daN

→

46 1 89 149981

47052 1

47052

b R

N x b

26)65.01(2665.0230

85

72.21470522

)1(2

0

2 0

b

Z h h

85

26 ] 22 ) 65 0 1 ( 65 0 72 21 2 [ 47052 ]

) 1 (

−

=

b R

h Z e

N

a

b

a R

2800

) 68 17 5 0 26 ( 68 17 30 85 72 21 47052 )

5 , 0 ( 0

b s

s

Z R

x h

bx R Ne

A

A

R

N x b

26)65.01(2665.0230

85

32.15601902

)1(2

0

2 0

b

Z h h

85

26 ] 22 ) 65 0 1 ( 65 0 32 15 2 [ 60190 ]

) 1 (

−

=

b R

h Z e

N

a

b

a R

ξ

→ x = 21.99(cm)

Diện tích cốt thép :

31 1 22

2800

) 99 21 5 0 26 ( 99 21 30 85 32 15 60190 )

5 , 0 ( 0

b s

s

Z R

x h

bx R Ne

=

η

+

)(54.1342/4073.147.12

58825

R

N x b

26)65.01(2665.0230

85

54.13588252

)1(2

0

2 0

b

Z h h

b

R

Ne

74 15175 30

85

26 ] 22 ) 65 0 1 ( 65 0 54 13 2 [ 58825 ]

) 1 (

−

=

b R

h Z e

N

a

b

a R

2800

) 15 25 5 0 26 ( 15 25 30 85 54 13 58825 )

5 , 0 ( 0

b s

x h

bx R Ne

bố trí theo cấu tạo

+ Xác định giá trị hàm lượng cốt thép tối thiểu theo độ mảnh λ

:

66 52 30 288 0

455

288 0

l

λ

→

%2,0)

8335

% 65 0

% 100 26 30

09 5

% 100

a.Số liệu tính toán :

Chiều dài tính toán của cột l = 4.55 (m) = 455 (cm)