đồ án xây dựng phần thiết kế sàng tầng điển hình

- Tính toán chọn chiều dày sàn theo kết cấu và nhịp, tải trọng theo các yêu cầu về chiều dày sàn tối thiểu được quy định trong 1 số tiêu chuẩn thiết kế..  Tĩnh tải : - Tĩnh tải lên sàn

CHƯƠNG 4

THIẾT KẾ SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH

GVHD : THẦY ĐINH HOÀNG NAM CHƯƠNG 4 : SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH

1 TỔNG QUAN VỀ SÀN KHÔNG DẦM

- Phân tích đánh giá ưu nhược điểm của phương án sàn đã được đề cập ở phần lựa chọn kết cấu cho công trình

2 NHIỆM VỤ THIẾT KẾ

- Lựa chọn phương án kết cấu sàn cụ thể

- Tính toán chọn chiều dày sàn theo kết cấu và nhịp, tải trọng theo các yêu cầu

về chiều dày sàn tối thiểu được quy định trong 1 số tiêu chuẩn thiết kế

- Kiểm tra điều kiện chống cắt ( điều kiện chọc thủng ) để quyết định chiều dày sàn thiết kế

- Tính toán tải trọng lên sàn và các tổ hợp tải trọng xét đến

- Lựa chọn mô hình tính toán và lập mô hình

- Tính toán nội lực sàn

- Tính toán cốt thép sàn

- Bố trí cốt thép sàn

- Kiểm tra độ võng sàn

3 PHƯƠNG ÁN SÀN THIẾT KẾ

a Lựa chọn phương án sàn

- Kết cấu sàn và các căn cứ lựa chọn đã được trình bày phần lựa chọn kết cấu trong công trình Sàn được lựa chọn là sàn phẳng không mũ cột và có hệ dầm biên

- Sàn nhận hệ dầm biên và các vách của lõi cứng trung tâm làm gối tựa

- Chiều dày sàn : 30 (cm), ( S30 )

b Kiểm tra điều kiện chọc thủng

- Đối với sàn phẳng kê trực tiếp lên cột, kiểm tra điều kiện chọc thủng bởi lực cắt là rất quan trọng Điều kiện chống cắt của bản

BT không tính đến khả năng chống cắt của cốt

thép : P ≤ Pbt = 0.75*Rbt*D*h0 Với :

- Q : lực cắt tác dụng lên bản

 Q = Gtt s + P tt s = 1.29 + 0.195 = 1.485

(kG/m2)

 P = Q*Fs

- D : chu vi trung bình của 4 mặt chịu cắt, là các mặt phát triển từ mép cột về 4 phía 1 góc 450 như hình vẽ

- Với cột chữ nhật : D = 2(bc+(bc + 2h0))/2 + 2(hc+( hc +2h0))/2 = 2(bc + hc) + 4h0, bc và hc là kích thước cột

- Bảng kiểm tra điều kiện chọc thủng :

II THIẾT KẾ SÀN

1 TẢI TRỌNG – TỔ HỢP TẢI TRỌNG

a Tải trọng lên sàn

- Xét sàn tầng điển hình

 Tĩnh tải :

- Tĩnh tải lên sàn gồm tải trọng bản thân sàn ( lớp sàn BTCT và các lớp cấu tạo), tĩnh tải tường xây – vách ngăn trực tiếp trên sàn

 Hoạt tải :

- Hoạt tải lên sàn tầng điển hình chủ yếu là tải trọng sử dụng cho căn hộ, khu vực hành lang và sảnh công cộng có thể tính toán hoạt tải lớn hơn Hoạt tải được chia thành nhiều trường hợp chất tải để đảm bảo mô hình cho nội lực nguy hiểm nhất

 Giá trị các thành phần tải trọng lấy theo phần Tải trọng đã cho ở chương 0 :

- Tải trọng bản thân sàn BTCT phần mềm tự tính

- Tổng tĩnh tải phân bố diện tích trên sàn : gồm tĩnh tải lớp hoàn thiện và tĩnh tải phân bố đều do các tường ngăn T100

- Gtt s = Ght + Gt10 tt = 120 + 200 = 320 (kG/m2) ~ 0.32 (T/m2) Người dùng khai báo

GVHD : THẦY ĐINH HOÀNG NAM CHƯƠNG 4 : SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH

Tĩnh tải trên sàn

- Tải trọng bản thân tường xây 200 : do ảnh hưởng tải trọng tường xây tập trung lên sàn khá lớn, sàn không dầm làm việc bất lợi nên ta nhập tải tường 200 phân bố trên các dầm ảo lên sàn ( tải phân bố chiều dài ) :

 Gt20tt : 1.3 (T/m)

Tĩnh tải tường trên sàn và dầm biên

- Hoạt tải trên sàn :

 Hoạt tải cho khu vực nhà ở : Ptt = 195 (kG/m2) ~ 0.2 (T/m2)

 Khu vực sảnh, hành lang : Ptt = 360 (kG/m2), ~ 0.36 (T/m2)

 Hoạt tải Khu vực Balcon : Ptt = 240 (kG/m2) ~ 0.24 (T/m2)

b Tải trọng lên dầm biên

- Tải trọng bản thân dầm ( phần mềm tự tính )

- Tải trọng tường xây, vách ngăn trên dầm biên được gán thành tải phân bố trên dầm Tải trọng tường bao lên dầm biên ( tường 200, cao 3.3 – 0.8 = 2.5 m ) :

 Gtt t : 1.25 (T/m).

c Các trường hợp chất hoạt tải

- Sàn phẳng đổ toàn khối là bản liên tục, hệ siêu tĩnh bậc cao, làm việc như hệ kết cấu có ảnh hưởng lẫn nhau giữa các cấu kiện là những ô bản kề nhau

- Do đó cần xét đến các trường hợp sắp xếp hoạt tải lên các nhịp để tìm nội lực bất lợi nhất trong sàn

- Theo lý thuyết :

 Momen dương giữa 1 bản đạt giá trị lớn nhất khi hoạt tải xếp theo dạng ô cờ ( cách chất 1 và 2 ) Hoạt tải trên sàn nào sẽ cho Mnhip max của sàn đó.

Hoạt tải ô cờ 1

GVHD : THẦY ĐINH HOÀNG NAM CHƯƠNG 4 : SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH

Hoạt tải ô cờ 2

 Momen âm ( của sàn ) tại 1 gối lớn nhất khi hoạt tải chất đầy 2 ô bản tựa lên gối đó và cách 1 ô với hoạt tải chất tiếp theo

Hoạt tải cách nhịp 1

Hoạt tải cách nhịp 1-B

Hoạt tải cách nhịp 2

GVHD : THẦY ĐINH HOÀNG NAM CHƯƠNG 4 : SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH

Hoạt tải cách nhịp 2-B

 Bên cạnh đó ta tính thêm trường hợp hoạt tải chất đầy

Hoạt tải chất đầy

2 MÔ HÌNH TÍNH

a Mô hình tính

- Hệ sàn tính toán không mũ cột, có dầm biên

- Ta tính toán nội lực sàn bằng phần mềm SAFE v12.

- Mô hình :

 Mô hình sàn

được phần mềm SAFE

phân loại sẵn : Flat Slab

Perimetre Beams – sàn

phẳng dầm bao chu vi

 Mô hình gồm

các cột được khai báo

với kích thước bằng kích

thước cột trong khung,

chiều cao bằng chiều cao

tầng điển hình : 3.3m

 Kích thước dầm, cột, vách lấy từ kết cấu khung gồm : cột biên C5080, cột biên C6090, cột giữa C80110, dầm biên D4080, vách lõi thang V30

 Chiều dày bản đã chọn dựa trên các phân tích ở phần lựa chọn kết cầu : S30 =

30 (cm)

 Không sử dụng nấm tại đầu cột

 Khai báo các dầm ảo trên sàn để gán tải trọng tường 200 phân bố chiều dài lên sàn tại các vị trí tường bao theo kiến trúc

GVHD : THẦY ĐINH HOÀNG NAM CHƯƠNG 4 : SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH

Mô hình không gian

Mô hình mặt bằng

b Phương pháp tính

- Phương pháp tính toán : TCVN chưa có quy định và hướng dẫn cụ thể về tính toán sàn phẳng Theo TC ACI của Hoa Kỳ thì sàn phẳng có thể tính toán theo 2 phương pháp : phương pháp khung tương đương hoặc phương pháp kinh nghiệm ( hay phương

pháp thiết kế trực tiếp ) Điểm khác nhau cơ bản của 2 phương pháp ở cách xác định Momen trong bản Với sàn, sinh viên tính toán theo phương pháp trực tiếp bằng phần mềm SAFE

- Phạm vi áp dụng :

 Mô hình có ít nhất 3 nhịp theo mỗi phương (thỏa )

 Lưới cột thỏa : 1≤ l2/l1 = 9/8.5 = 1.06 ≤ 2 (thỏa)

 Áp dụng cho tải trọng thẳng đứng phân bố đều, hoạt tải không lớn hơn 3 lần tĩnh tải ( thỏa )

- Với phương pháp thiết kế trực tiếp, theo mỗi phương, chia mặt bằng sàn thành

2 loại dải : những dải trên cột và những giải giữa nhịp Bề rộng dải trên cột : ½ l1 Sự phân chia dải này dựa vào sự quan sát và tổng hợp những vùng ứng suất có tính chất tương tự nhau ( vùng ứng suất trên cột và vùng ứng suất ở nhịp )

3 NỘI LỰC SÀN

a Chia dải

- Tiến hành chia các dải bản để truy xuất nội lực tính toán cho sàn

- Có 2 loại dải bản : dải dọc nhà ( dải theo phương X ) – A Strip và dải ngang nhà ( dải theo phương Y ) – B Strip

- Bề rộng dải :

 Dải trên gối : CSA, CSB : Bg = 0.25*l ( một bên gối )

 Dải giữa nhịp : MSA, MSB : Bn = 0.5*l

- Với l : nhịp sàn ( bước cột )

- Nội lực xuất theo dải bản và lấy giá trị theo Combo Baomax cho nhịp, Combo Baomin cho gối

- Giá trị thép tính toán theo Momen sẽ được bố trí cho toán bộ dải bản có bề rộng Bstrips

GVHD : THẦY ĐINH HOÀNG NAM CHƯƠNG 4 : SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH

Chia dải theo phương X - A Strips

Chia dải theo phương Y – B Strips

b Nội lực

- Giá trị Momen nguy hiểm nhất tại các gối, trong các nhịp theo phương X, Y lấy theo biểu đồ bao (T.m)

Tổ hợp ComboBAO

Dải trên

cột

phương X

Dải giữa

nhịp

phương X

Dải trên

cột

phương Y

Dải giữa

nhịp

phương Y

GVHD : THẦY ĐINH HOÀNG NAM CHƯƠNG 4 : SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH

- Ta thấy nội lực trong sàn có giá trị tương đương ở những vị trí đối xứng, do đó lấy giá trị nội lực ¼ sàn ( lớn nhất ) để tính toán cốt thép

4 TÍNH TOÁN – BỐ TRÍ CỐT THÉP SÀN

a Tính toán cốt thép

 Vật liệu

- Bê tông : B25, Rb = 145 (kG/cm2), Rbt = 10.5 ( kG/cm2)

- Thép AIII (∅ 12 ↑) : Rs = Rsc = 3650 ( kG/cm2), Rsw = 2900 (kG/cm2)

- Thép AI (∅ : 6, 8,10) : Rs = Rsc = 2250 ( kG/cm2), Rsw = 1750 (kG/cm2)

 Công thức tính toán

- Tính cốt thép cho dải bản có kích thước : hb = 30 (cm), bb = Bstrips (cm)

- S30 > 10 (cm), lớp da bê tông bảo vệ tối thiểu = 1.5cm Giả thiết a = 3 (cm), h0 = 30 – 3 = 27 (cm)

- Công thức tính cốt đơn cho cấu kiện chữ nhật chịu uốn

αm = b 02

M

R b h ; γ = 1-0.5* ξ ; Fa = s 0

M

R h

 ; μ = 0

.100

a

F

b h (%)

- Bê tông B25, Rs = 3650 (kG/cm2), γb2 =1 : ξR= 0.563 ( bảng tra phụ lục 9A sách hướng dẫn tính toán thực hành cấu kiện BTCT của thầy Nguyễn Đình Cống )

- Hàm lượng cốt thép tối đa : μmax = ξR*

b s

R

R = 2.24%

- Hàm lượng cốt thép tối thiểu : μmin = 0.1% (cấu kiện chịu uốn)

 Bảng giá trị cốt thép :

DẢI TRÊN CỘT THEO PHƯƠNG X – DỌC NHÀ

Dải Bstrips

(m)

M

CSA

1

Gối

Nhịp

CSA

2

Gối

∅16a200

∅18a200

∅18a200

∅18a200

Nhịp

∅16a200

∅16a200

DẢI GIỮA NHỊP THEO PHƯƠNG X – DỌC NHÀ

(m)

M

MSA

1

Gối

∅16a250

Nhịp

∅16a200

∅16a200

MSA

2

Gối

∅18a200

∅18a200

∅16a200

GVHD : THẦY ĐINH HOÀNG NAM CHƯƠNG 4 : SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH

∅16a200

DẢI TRÊN CỘT THEO PHƯƠNG Y – NGANG NHÀ

CSB

1

CSB

2

Gối

∅16a200

∅18a200

CSB

3

Gối

∅16a200

∅18a200

CSB

4

DẢI GIỮA NHỊP THEO PHƯƠNG Y – NGANG NHÀ

(m)

M

MSB

1

MSB

2

Gối

∅18a200

MSB

3

 Kiểm tra điều kiện :

- Điều kiên ξ ≤ ξR : thỏa, bê tông và cốt thép làm việc hiệu quả, phá hoại dẻo

- Điều kiện μmin ≤ μ ≤ μmax : thỏa

b Bố trí- cấu tạo cốt thép

- Theo yêu cầu cấu tạo cho sàn không dầm, thép sàn được bố trí 2 lớp : thép lớn trên và lớp dưới

- Thép lớp trên : là lưới thép chịu lực cấu tạo từ thép theo 2 phương tính theo Momen của các dải trên gối Thép được bố gồm 2 lớp : lớp thép rải đều theo 1 module khoảng cách a, lớp này bố trí trên toàn mặt bằng và kéo vào gối Lớp thép xen tăng cường cho những vị trí gối có Momen lớn

- Thép lớp dưới : cũng có bố trí tương tự Thép tính từ Momen nhịp của các dải

- Ngoải ra tại các vị trí đầu cột cần bố trí lưới thép cấu tạo

III KIỂM TRA

1 KIỂM TRA CHỐNG CẮT SÀN :

- Lực cắt lớn nhất nằm ở dải CSB8 qua trục 2 với giá trị : 61 T, thuộc tổ hợp: TT+HTĐ

- Khả năng chịu cắt nhỏ nhất của bê tông:

 

Q    R bh

 Hệ số  3 = 0,6 với bê tông nặng

 Hệ số n, xét đến ảnh hưởng lực dọc Trong trường hợp này n=0

 Hệ số f xét đến ảnh hưởng của cánh chịu nén trong tiết diện chữ T, chữ

I được xác định theo công thức:

0

75 0

h b

h b b ,

' f

' f f







và không lớn hơn 0.5

 Rbt : cường độ chịu cắt của bê tông : B25 : Rbt = 10.5 kG/cm2 = 0.0105 T/cm2

 b : chiều rộng dải bản có lực cắt lớn : dải CBS8 qua trục 2 có b = 4.5m

- Để đơn giản và tính toán thiên về an toàn xem f =0

GVHD : THẦY ĐINH HOÀNG NAM CHƯƠNG 4 : SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH

- Vậy Q b 61T b31f nR bh bt 0

= 0.6*1*0.0105*450*27 = 76 T

→ Bê tông đủ khả năng chống cắt, không bị phá hoại trên tiết diện nghiêng

- Ngoài ra, cấu kiện bê tông cốt thép chịu tác dụng của lực cắt cần được tính toán để đảm bảo độ bền trên dải nghiêng giữa các vết nứt xiên theo điều kiện khả năng chịu ứng suất nén chính :

1 1 0

Q   R bh

- Trong đó:

 Hệ số w1, xét đến ảnh hưởng của cốt thép đai vuông góc với trục dọc cấu kiện, được xác định theo công thức:

w

 1  1  5 , nhưng không lớn hơn 1.3

bs

A ,

E

w b

 



 Đối với sàn không có cốt đai nên w1= 1

 Hệ số  1 được xác định theo công thức:

b

 1 1

- Trong đó:

  = 0.02 đối với bê tông nặng, bê tông hạt nhỏ, bê tông tổ ong Với bê tông nhẹ : 0.01

 R b tính bằng MPa

- Vậy :

1 1 0

Q   R bh = 0.3*1.(1- 0,02.14.5)*0.145*450*27 = 375 (T) > 61 T

→ Sàn đủ khả năng chống ứng suất nén chính

2 KIỂM TRA ĐỘ VÕNG SÀN

- Công cụ tính toán SAFE cho ta giá trị độ võng sàn tại mọi điểm bất kỳ

- Kiểm tra độ võng sàn tại vị trí giữa ô sàn

- Điều kiện độ võng theo TCVN : fmax = 8 (mm) ≤ [f] = max

1

250l = 9000

36( ).

250  mm

GVHD : THẦY ĐINH HOÀNG NAM CHƯƠNG 4 : SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH

- Vậy điều kiện biến dạng về độ võng của sàn thỏa mãn, đảm bảo công trình sử dụng bình thường, không gây cảm giác bất lợi khi sử dụng