tính toán, thiết kế cầu thang và nền móng

Đồ án tốt nghiệp Kỹ sư, Khóa 2004 GVHD:TRẦN VĂN PHÚC SVTH: LÊ NGUYÊN HÙNG MSSV: 20460056 LỜI CẢM ƠN Trong quá trình học tập, nghiên cứu tại Trường ĐH Mở, niềm vinh hạnh lớn nhất của em là được q thầy cô giáo tận tình giảng dạy và truyền đạt lại những kiến thức chuyên môn, cũng như những kinh nghiệm thực tế hết sức q giá. Thời gian bốn năm học tập ở trường là tương đối ngắn , kiến thức của em còn nhiều hạn chế nhưng những bài học mà q thầy cô đã truyền đạt , em xin chân thành học tập và tiếp thu nghiêm túc. Qua đây em xin chân thành cảm ơn toàn thể các thầy cô trường ĐH Mở, các thầy cô khoa Kó Thuật-Công Nghệ đã tận tình giảng dạy, hướng dẫn em trong suốt quá trình học tập tại Trường. Và trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp , thời gian quan trọng cuối cùng để hoàn thành chuyên ngành xây dựng , em đã nhận được sự giúp đỡ, chỉ bảo tận tình của các thầy cô, bạn bè và nguồn động viên to lớn của người thân. Với tất cả lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn: Thầy TRẦN VĂN PHÚC: thầy hướng dẫn chính. Các thầy cô khoa Kó Thuật-Công Nghệ, trường ĐH Mở. Sau cùng tôi xin cảm ơn tất cả bạn bè cùng lớp, cùng khóa đã cùng gắn bóø và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập tại Trường, cũng như trong quá trình hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. Và đây là đồ án tốt nghiệp cũng là công trình đầu tiên em tính toán thiết kế do đó không tránh những sai sót , vì vậy em rất mong nhận được những sự đánh giá và góp ý của q thầy cô . Xin chân thành cảm ơn. Sinh viên thực hiện LÊ NGUYÊN HÙNG Đồ án tốt nghiệp Kỹ sư, Khóa 2004 GVHD:Trần Văn Phúc SVTH: Lê Nguyên Hùng MSSV: 20460056 Trang1 PHẦN I: THIẾT KẾ CẦU THANG BỘ I. CƠ SỞ TÍNH TOÁN 1. Đặc trưng vật liệu 1.1. Bê tông • Bê tông sử dụng cho cầu thang có cấp độ bền B20 (M250) có: - Cường độ tính toán chòu nén R b = 11500 (KN/m 2 ). - Cường độ tính toán chòu kéo R k = 880 (KN/m 2 ). - Mô đun đàn hồi E b = 2,65x10 7 (KN/m 2 ). - Hệ số Poisson µ = 0,3. .1.2. Cốt thép  Cốt thép sử dụng cho cầu thang gồm thép CI, A-I, CII và A-II. - Cốt thép chòu lực CII, A-II có: o Cường độ chòu kéo tính toán :R s = 280 (MPa). o Mô đun đàn hồi: E s = 21x10 4 (MPa). - Cốt thép đai CI, A-I có: o Cường độ chòu kéo tính toán :R s = 225 (MPa) o Mô đun đàn hồi: E s = 21x10 4 (MPa). 2. Phương pháp tính toán - Xét tỷ số ⇒< 3 h h s d Liên kết giữa bản thang với dầm chiếu nghỉ được xem là liên kết khớp. - Xét tỷ số ⇒> 3 h h s d Liên kết giữa bản thang với dầm chiếu nghỉ được xem là liên kết ngàm. - Bản thang là dạng bản dầm nên ta cắt một dãy có bề rộng 1m để tính. - Dầm chiếu nghỉ là dạng dầm đơn giản. 3. Lựa chọn phương pháp tính toán Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển của nền kinh tế, bên cạnh đó là sự phát triển của khoa học công nghệ. Đặc biệt là ra đời của máy vi tính, người ta đã xây dựng được rất nhiều chương trình tính toán khác nhau. Với sự trợ giúp của máy tính, cùng với các phần mềm tính toán kết cấu chuyên dụng ( Sap2000) để xác đònh nội lực và từ kết quả nội lực đó ta đi tính toán cốt thép. Đồ án tốt nghiệp Kỹ sư, Khóa 2004 GVHD:Trần Văn Phúc SVTH: Lê Nguyên Hùng MSSV: 20460056 Trang2 II. MẶT BẰNG VÀ MẶT CẮT CẦU THANG Mặt bằng và mặt cắt cầu thang được thể hiện như sau: 3000 1200 200 200 1300 200 1300 200 E 1000 1750 1750 MẶT CẮT VÀ MẶT BẰNG CẦU TẦNG ĐIỂN HÌNH III. SƠ BỘ CHỌN KÍCH THƯỚC - Cầu thang là loại cầu thang hai vế dạng bản, chiều cao tầng điển hình là 3,5 m. - Chiều rộng của thân thang l = 1300 mm. - Chiều dài nhòp tính toán L 0 = 4200(mm) - Kích thước bậc thang h b = 170 (mm), l b = 300 (mm). 0 170 0.567 29,5 . 300 b b h tg b α α = = = ⇒ = - Chọn sơ bộ chiều dày bản thang: h s = 140 (mm). Đồ án tốt nghiệp Kỹ sư, Khóa 2004 GVHD:Trần Văn Phúc SVTH: Lê Nguyên Hùng MSSV: 20460056 Trang3 IV. TẢI TRỌNG TÁC DỤNG 1. Chiếu nghỉ Xác đònh tải trọng: a. Tónh tải: Cấu tạo γ d (kN/m 3 ) n δ d (m) - Đá hoa cương 24 1,1 0,02 - Vữa lót 18 1,3 0,02 - Bản sàn BTCT 25 1,1 0,14 - Vữa trát: 18 1,3 0,015 => Tổng tónh tải (trọng lượng bản thân sàn): g cn = Σγ i δ i n i = 24 × 0,02 × 1,1 + (0,02 + 0,15)18 × 1,3 + 25 × 0,14 × 1,1= = 5,134 (KN/m 2 ) b. Hoạt tải: Theo TCVN 2737 – 1995 “Tiêu chuẩn thiết kế về tải trọng và tác động” – Mục 15a (bảng 3) quy đònh hoạt tải cầu thang bộ: p c = 4 KN/m 2 => P cn = p c × n p = 4×1.2 = 4,80 (KN/m 2 ). => q cn = (g cn + P cn ) = (5,134 + 4,80) = 9,934 (KN/m 2 ). 2. Bản thang b. Tónh tải: Cấu tạo γ d (kN/m 3 ) n δ d (m) - Đá hoa cương 24 1,1 0,02 - Vữa lót 18 1,3 0,02 - Bản sàn BTCT 25 1,1 0,14 - Vữa trát: 18 1,3 0,015 - Gạch đinh 18 1,1 0,02 Chiều dày tương đương của lớp thứ I theo phương của bản nghiêng δ tđi : Lớp đá hoa cương: 1 1 ( ) co s (0 , 3 0,1 7 )0, 0 2 0 , 8 7 0, 0 2 7 3( ) 0, 3 b b td b l h m l δ α δ + + × = = = Đồ án tốt nghiệp Kỹ sư, Khóa 2004 GVHD:Trần Văn Phúc SVTH: Lê Nguyên Hùng MSSV: 20460056 Trang4 Lớp vữa: 2 2 ( ) c o s ( 0 , 3 0 ,1 7 ) 0 , 0 2 0 , 8 7 0 , 0 2 7 3 ( ) 0 , 3 b b td b l h m l δ α δ + + × = = = Lớp bậc thang: 2 co s 0,1 7 0, 87 0, 0 7 4 ( ) 2 2 b td h m α δ × = = = => ' bt i tdi i g n γ δ = ∑ (24 0,0273 1,1 18 (0,0273 0,015) 1,3 18 0,074 1,1 25 0,14 1,1) = × × + × + × + × × + + × × => g’ bt = 6,95 (KN/m 2 ) Theo phương đứng là: ' 6,95 7.989 cos 0,87 b bt g g α = = = (KN/m 2 ) c. Hoạt tải: Theo TCVN 2737 – 1995 “Tiêu chuẩn thiết kế về tải trọng và tác động” – Mục 15a (bảng 3) quy đònh hoạt tải cầu thang bộ: p c = 4 KN/m 2 => P s = p c x n p = 4 × 1,2 = 4,8 (KN/m 2 ). Tổng tải trọng tác dụng là: Đối với dầm chiếu nghỉ: q cn = g cn + P s = 5,134 + 4,8 = 9,934 (KN/m 2 ) Đối với bản thang: Trọng lượng của lan can g lc = 0,3 KN/m 2 quy tải lan can trên đơn vò m 2 bản thang: 0,3 0,25 1,2 lc g = = (KN/m 2 ) q bt = g bt + g lc + P s = 7,989 + 0,25 + 4,8 = 13,039 (KN/m 2 ) Chọn sơ bộ kích thước các dầm chiếu nghỉ, dầm kiềng cầu thang: 2800 250 (10 13) (10 13) L h = = = ÷ ÷ mm 200 (2 3) h b = = ÷ mm Nhòp tính toán bản thang: L 0 = L 1 + L 2 Các trò số L 2 = 3 m; L 1 = 1,2 m Đồ án tốt nghiệp Kỹ sư, Khóa 2004 GVHD:Trần Văn Phúc SVTH: Lê Nguyên Hùng MSSV: 20460056 Trang5 V. XÁC ĐỊNH NỘI LỰC VÀ TÍNH CỐT THÉP 1. Tính bản thang - Nhòp tính toán L 0 = L 1 + L 2 = 3000 +1200 = 4200 (mm). • Sơ đồ tính toán: - Cắt một dãy có bề rộng b = 1 m để tính. - Xét tỷ số 250 3 140 d s h h = < ⇒ Liên kết giữa bản thang với dầm chiếu nghỉ được xem là liên kết khớp. 1.1. Tính vế 1 - Chọn sơ đồ tính toán: - Kết quả nội lực được giải bằng phần mềm tính toán kết cấu chuyên dụng (Sap2000). R A =39,22 KN R B =34,33 KN M n =0,7 x 39,89 = 27,923 KNm M g = 0,4x 39,89 = 15,956 KNm 9,934KN/m 1 3,035 KN/m BIỂU ĐỒ MOMENT VÀ LỰC CẮT 39.89 KNm 33.88 KN 15.73KN 34.33KN B Đồ án tốt nghiệp Kỹ sư, Khóa 2004 GVHD:Trần Văn Phúc SVTH: Lê Nguyên Hùng MSSV: 20460056 Trang6 Bêtông sử dụng B20 – Rb = 11,5 Mpa. Cốt thép sử dụng: φ ≤ 10 - AI – Rs= 225 MPa. φ >10 - AII – Rs= 280 MPa. 2 m b b o M R bh α γ = ; 1 1 2 m ξ α = − − b b o R b h A s R s ξ γ = ; o As bh µ = % Tiết diện Moment (KNm) h 0 (cm) α m ξ As tt (cm 2 ) As chọn (cm 2 ) Nhòp 27,923 12,5 0,155 0,17 8,718 φ12a125 – As=9,05 Gối 15,956 12,5 0,089 0,093 5,95 φ10a130 – As=6,04 %100 max ×= Rs R bbR γξ µ => %18,3%100 225 5,11623,0 max =× × = µ AI Đồ án tốt nghiệp Kỹ sư, Khóa 2004 GVHD:Trần Văn Phúc SVTH: Lê Nguyên Hùng MSSV: 20460056 Trang7 39,89 KNm 15,73 KN 34,33 KN 33,88 KN 1.2. Tính vế 2 ( kết quả tương tự như vế 1) - Chọn sơ đồ tính toán: - Vì cầu thang đối xứng nên kết quả tính toán của vế 2 tương tự vế 1. - Kết quả nội lực được giải bằng phần mềm tính toán kết cấu chuyên dụng (Sap2000). - Tính cốt thép cho bản thang ta áp dụng công thức như đối với dầm chòu uốn: R A =39,22 KN R B =34,33 KN M n =0,7 x 39,89 = 27,923 KNm M g = 0,4x 39,89 = 15,956 KNm Bêtông sử dụng B20 – Rb = 11,5 Mpa. Cốt thép sử dụng: φ ≤ 10 - AI – Rs= 225 MPa. φ >10 - AII – Rs= 280 MPa. 2 m b b o M R bh α γ = 1 1 2 m ξ α = − − b b o R b h A s R s ξ γ = o As bh µ = % Tiết diện Moment (KNm) h 0 (cm) α m ξ As tt (cm 2 ) As chọn (cm 2 ) Nhòp 27,923 12,5 0,155 0,17 8,718 φ12a125 – As=9,05 Gối 15,956 12,5 0,089 0,093 5,95 φ10a130 – As=6,04 9,934KN/m 13,035 KN/m BIỂU ĐỒ MOMENT VÀ LỰC CẮT B Đồ án tốt nghiệp Kỹ sư, Khóa 2004 GVHD:Trần Văn Phúc SVTH: Lê Nguyên Hùng MSSV: 20460056 Trang8 %100 max ×= Rs R bbR γξ µ => %18,3%100 225 5,11623,0 max =× × = µ AI 2. Tính dầm chiếu nghỉ Tải trọng tác dụng gồm: - Trọng lượng bản thân dầm: ( ) bsddd . n h h b g γ−= = 0,2 (0,25 - 0.14) × 1.1 × 25 = 0,605 (KN/m 2 ). - Trọng lượng tường xây trên dầm: tttt n h b g γ= = 0,2 × 1,75 × 1.1 × 18 = 6.93 (KN/m 2 ). - Do bản thang truyền vào, là phản lực các gối tựa tại B và tại D của vế 1 và vế 2 được quy về dạng phân bố đều: Vế 1: m R B ; vế 2: m R E . - Tổng tải trọng tác dụng lên dầm chiếu nghỉ: q d = g d + g t + R B = 0,605 + 6,93 + 34,33 = 41,91 (KN/m). - Nhòp tính toán L 3 = 2,8 (m). - Chọn sơ đồ tính toán: - Kết quả nội lực được giải bằng phần mềm tính toán kết cấu chuyên dụng (Sap2000). - Tính cốt thép cho dầm chiếu nghỉ là dầm chòu uốn ta áp dụng công thức: M= 42,3 KN/m 2 Q=60,42 KN Bêtông sử dụng B20 – Rb = 11,5 Mpa. Cốt thép sử dụng: φ ≤ 10 - AI – Rs= 225 MPa. φ >10 - AII – Rs= 280 MPa. 2 m b b o M R bh α γ = ; 1 1 2 m ξ α = − − b b o R b h A s R s ξ γ = ; o As bh µ = % BIỂU ĐỒ MOMENT VÀ LỰC CẮT 2800 60.42 KN - 60.42 KN M Q 41.91 KN/m 42.3 KN/m Đồ án tốt nghiệp Kỹ sư, Khóa 2004 GVHD:Trần Văn Phúc SVTH: Lê Nguyên Hùng MSSV: 20460056 Trang9 Tiết diện Moment (KNm/m) h 0 (m) α m ξ As tt (cm 2 ) As chọn (cm 2 ) Nhòp 42,3 0,215 0,08 0,083 7,331 3φ18 – As=7,635 Gối 0 - - - - 2φ12 – As =2,262 TÍNH TOÁN CỐT ĐAI: Lực cắt Q max = 60,42 KN Chọn đai φ6 với a SW = 0.283 cm 2 , đai 2 nhánh: n = 2 ⇒ A SW = 2×0.283 = 0.5665 cm 2 ; R SW = 175Mpa ; R bt =0,9MPa 2 2 02 )1(4 Q ARhbR S swswbtbnfb tt ××××××++×× = γϕϕϕ => 2 2 3 2 4 2 1 0,9 200 215 175 0,5665 10 180,8 18,1 (60,42 10 ) tt S mm cm × × × × × = × × = = × 2 2 1 4 0 max 3 (1 ) 1,5 (1 0) 0,9 200 215 10 20,66 60,42 10 b n bt R bh S cm Q φ φ − + × + × × × × = = = × 250 125 450 2 2 150 ct h S khi h   = =   = ≤       Chọn s = min( s tt , s max , s ct ) và tiện cho việc thi công ta chọn s = 15 cm Kiểm tra: 1 0,01 1 0,01 11,5 0,885 b b b R φ γ = − = − × = 1 210 0,283 1 5 1 5 1,04 27 20 15 w b Es Aw E b s φ × × = + = + = × × × × 3 1 max 60,42 0,3 0,3 0,89 1,04 1 9 10 0,2 0,215 b w b bt o Q R bh φ φ γ = < = × × × × × × × = 107,462 KN Vậy cốt đai sử dụng φ6a150 đảm bảo khả năng chòu lực cắt lớn nhất trong dầm Q max và không cần tính toán cốt xiên. [...]... tải và hoạt tải,được xác đònh trong như sau: Theo tiêu chuẩn thiết kế tải trọng và tác động TCVN 2737 – 1995 thì tải trọng được chia thành hai loại: tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời (dài hạn, ngắn hạn và đặc biệt) tùy theo thời gian tác dụng của chúng - Tùy vào công năng sử dụng của nó thì tải trọng tác dụng lên sàn lại được phân ra thành ba dạng như sau: o Tải trọng sàn khu vực sảnh và. .. q s = g s + p s = 6,165 + 3,600 = 9,765 (kN/m2) 3 3 3 IV TÍNH TOÁN NỘI LỰC : 1 Bản sàn làm việc hai phương: Tính toán theo sơ đồ đàn hồi - Để xét sự làm việc đồng thời của các ô bản, tính nội lực trong bản theo sơ đồ bản liên tục : - Xét điều kiện liên kết giữa bản với dầm: +hd >3hs là liên kết ngàm; +hd < 3hs là liên kết gối tựa - Công thức tính moment : o Moment dương lớn nhất ở giữa bản (KNm/m)... L2 L1,L2 = nhòp tính toán cuả ô bảng là k/c giữa các trục gối tựa P=tổng tải trọng tác dụng lên ô bản P = (p+q).L1.L2 Vơí : p - hoạt tải tính toán (KN/m2) q - tónh tải tính toán (KN/m2) mi1, mi2,ki1,ki2 = các hệ số phụ thuộc vào hệ số - Trước tiên ta xét các ô bản có L2 L1 L2 p = 0,75 × 1, 3 = 0,975 (KN/ m2) Tổng tải trọng: qbn = gbn + p = 2,68 + 0,975 = 3,656 (KN/ m2) iii Sơ đồ tính và bảng tính: a 4,1 Xét tỉ số: = = 1,17 < 2 => bản nắp thuộc loại bản kê 4 cạnh b 3,5 h 250 Xét tỉ số: dn = = 3,57 > 3 => bản nắp liên kết với dầm nắp là ngàm 70 hbn => sơ đồ tính của bản nắp là ô số 9 L2 L1 MI MI M1 MII MII M1 M2 MI MI MII MII M2 Mômen dương lớn nhất ở giữa bản: M1 =... Trang15 Đồ án tốt nghiệp Kỹ sư, Khóa 2004 GVHD:Trần Văn Phúc L2 MI M1 MII L1 MI MII M1 M2 MI MI MII MII M2 - Xác đònh nội lực - Các hệ số m , k tra bảng phụ thuộc vào loại ô bản , và tỉ số α = l2/l1 tương ứng Bảng Tra Hệ Số mi1, ki1,mi2 và ki2 BẢNG TÍNH NỘI LỰC CỦA CÁC Ô BẢN KÊ Ô bản L1(m) L2(m) L1/L2 m91 m92 k91 k92 1 8,5 6,5 1,31 0,0208 0,0123 0,0475 0,0281 2 8,5 8,2 1,04 0,0187 0,0171 0,0437 0,0394 3... cắt lớn nhất trong dầm Qmax và không cần tính toán cốt xiên 3) Dầm nắp DN2 (200x250) L = 3500: i Sơ đồ tính: ii Xác đònh tải trọng: 3 Trọng lượng bản thân dầm: gd2 = (hd2 - hbn) × bd2 × γ bt × ng gd2 = (0,25 – 0,07) × 0,2 × 25 × 1,1 = 0,99 (KN/m) 4 Tải trọng do bản nắp truyền qua (bao gồm tónh tải + hoạt tải): Đối với dầm theo phương cạnh ngắn, tải trọng từ bản nắp truyền vào có dạng hình tam giác:... theo phương cạnh dài, tải trọng từ bản nắp truyền vào có dạng hình thang: b qtđ3 = qbn × × 1 − 2 β 2 + β 3 2 b 3,5 với: β = = = 0, 427 2a 2 × 4,1 3,5 => qtđ3 = 3,656 × × (1 − 2 × 0, 427 2 + 0, 4273 ) = 4,563 (KN/m) 2 => Tổng tải trọng tác dụng lên dầm nắp DN3: q3 = gd3 + qtđ3 =0,99 + 4,563 = 5,553 (KN/m) ( ) Tính toán cốt thép: Momen lớn nhất ở nhòp và ở gối: M g = β q3l32 = 0,125 × 5,553 × 4,12 = 11,... 0,90 (KN/ m2) Để tính toán đơn giản, bỏ qua trọng lượng bản thân của nó, xem bản thành như cấu kiện chòu uốn chỉ chòu tải tác dụng theo phương ngang gồm áp lực ngang của nước và gió hút Bản thành : 4100 x 2200 Sơ đồ tính của bản thành: Hoạt tải nước: Pn SVTH: Lê Nguyên Hùng MSSV: 20460056 w Trang30 Đồ án tốt nghiệp Kỹ sư, Khóa 2004 GVHD:Trần Văn Phúc hd 350 = = 3,5 > 3 bản nắp liên kết với dầm nắp là . KN 1.2. Tính vế 2 ( kết quả tương tự như vế 1) - Chọn sơ đồ tính toán: - Vì cầu thang đối xứng nên kết quả tính toán của vế 2 tương tự vế 1. - Kết quả nội lực được giải bằng phần mềm tính. Trang2 II. MẶT BẰNG VÀ MẶT CẮT CẦU THANG Mặt bằng và mặt cắt cầu thang được thể hiện như sau: 3000 1200 200 200 1300 200 1300 200 E 1000 1750 1750 MẶT CẮT VÀ MẶT BẰNG CẦU TẦNG ĐIỂN HÌNH . 250 3 140 d s h h = < ⇒ Liên kết giữa bản thang với dầm chiếu nghỉ được xem là liên kết khớp. 1.1. Tính vế 1 - Chọn sơ đồ tính toán: - Kết quả nội lực được giải bằng phần mềm tính toán kết cấu chuyên