ĐỒ án tốt NGHIỆP kỹ sư xây DỰNG

Giảm trọng lượng của bản thân: Việc giảm trọng lượng bản thân có ý nghĩa quan trọng do giảm trọng lượng bảnthân sẽ làm giảm áp lực tác dụng xuống nền đất đồng thời do trọng lượng giảm nê

BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HOC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

PHẦN II KẾT CẤU

NHIỆM VỤ ĐƯỢC GIAO:

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: TS NGUYỄN HỒNG SƠN.

SINH VIÊN THỰC HIỆN : TRƯƠNG QUANG VINH

LỚP : TCXH2010.

I LẬP MẶT BẰNG KẾT CẤU

1 ĐẶC ĐIỂM THIẾT KẾ:

Tải trọng ngang:

Một nhân tố chủ yếu trong thiết kế nhà cao tầng là tải trọng ngang, vì tải trọngngang gây ra nội lực và chuyển vị rất lớn Theo sự tăng lên của chiều cao, chuyển vịngang tăng lên rất nhanh gây ra một số hậu quả bất lợi như: làm kết cấu tăng thêm nộilực phụ có thể dẫn đến phá hoại công trình, (nứt, gãy…) tường và một số trang trí

Giảm trọng lượng của bản thân:

Việc giảm trọng lượng bản thân có ý nghĩa quan trọng do giảm trọng lượng bảnthân sẽ làm giảm áp lực tác dụng xuống nền đất đồng thời do trọng lượng giảm nên tácđộng của gió động và tác động của động đất cũng giảm đem đến hiệu quả là hệ kết cấuđược nhỏ gọn hơn, tiết kiệm vật liệu, tăng hiệu quả kiến trúc

2 LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU:

Hệ khung chịu lực

Hệ này được tạo thành từ các thanh đứng và thanh ngang là các dầm liên kếtcứng tại chỗ giao nhau gọi là các nút Các khung phẳng liên kết với nhau qua các dầmdọc tạo thành khung không gian Hệ kết cấu này khắc phục được nhược điểm của hệtường chịu lực

Qua phân tích một cách sơ bộ như trên ta nhận thấy mỗi hệ kết cấu cơ bản củanhà đều có những ưu, nhược điểm riêng Đối với công trình này, do công trình có côngnăng là nhà trụ sở làm việc nên dùng hệ khung chịu lực

c, Chọn giải pháp kết cấu sàn:

Thông thường có 3 giải pháp kết cấu sàn: Sàn nấm, sàn sườn, sàn ô cờ

+ Với sàn nấm: Khối lượng bê tông lớn nên giá thành sẽ cao, khối lượng công

trình lớn do đó kết cấu móng phải có cấu tạo tốt, khối lượng cũng vì thế mà tăng lên.Ngoài ra dưới tác dụng của gió động và động đất thì khối lượng lượng tham gia daođộng lớn ⇒ Lực quán tính lớn ⇒ Nội lực lớn làm cho cấu tạo các cấu kiện nặng nềkém hiệu quả về mặt giá thành cũng như kiến trúc

- Ưu điểm của sàn nấm là chiều cao tầng giảm nên cùng chiều cao nhà sẽ có sốtầng lớn hơn Tuy nhiên để cấp nước và cấp điện điều hoà ta phải làm trần giả nên ưuđiểm này không có giá trị cao

+ Với sàn sườn: Do độ cứng ngang của công trình lớn nên khối lượng bê tông

khá nhỏ ⇒ Khối lượng dao động giảm ⇒ Nội lực giảm ⇒ Tiết kiệm được bê tông vàthép cũng do độ cứng công trình khá lớn nên chuyển vị ngang sẽ giảm tạo tâm lí thoảimái cho người sử dụng

- Nhược điểm của sàn sườn là chiều cao tầng lớn và thi công phức tạp hơnphưong án sàn nấm, biến dạng về độ võng lớn, tuy nhiên đây cũng là phương án kháphổ biến do phù hợp với điều kiện kỹ thuật thi công hiện nay của các công ty xây dựng

+ Với sàn ô cờ: Khối lượng công trình là nhỏ nhất, độ cứng ngang của công

trình lớn, nội lực giảm ⇒ tiết kiệm cốt thép, tăng độ cứng của sàn, giảm chiều dày củabản đặc biệt biến dạng về độ võng rất rất nhỏ;

Qua phân tích, so sánh các phương án trên ta chọn phương án dùng sàn ô

cờ Dựa vào hồ sơ kiến trúc công trình, Giải pháp kết cấu đã lựa chọn và tải trọng tác dụng lên công trình để thiết kế mặt bằng kết cấu cho các sàn Mặt bằng kết cấu

được thể hiện trên các bản vẽ KC 01 và KC 02.

I CƠ SỞ TÍNH TOÁN

1 Hồ sơ kiến trúc công trình

2 Tiêu chuẩn và quy phạm áp dụng trong tính toán

(Tất cả các cấu kiện trong công trình điều được tính theo tiêu chuẩn Việt

Nam)

- TCVN 2737 - 1995 (Tải trọng và tác động - Tiêu chuẩn thiết kế)

- TCVN 356 - 2005 (Kết cấu BT và BTCT - Tiêu chuẩn thiết kế)

- TCVN 5574 - 1991 (Kết cấu Thép - Tiêu chuẩn thiết kế)

- TCVN10304 - 2014 (Nền, Nhà và công trình - Tiêu chuẩn thiết kế)

3 Vật liệu xây dựng

Bê tông móng và thân công trình B20 có: Rb= 11,5 MPa ; Rbt= 0,9 Mpa

Cốt thép CI cho các loại thép có đường kính nhỏ hơn 10 có: Rs = Rsc = 225MPa; Rsw =175 MPa

Cốt thép CII cho các loại thép có đường kính lớn hơn hoặc bằng 10 có: Rs =Rsc = 280 MPa; Rsw = 225 MPa

Tường ngăn tường bao che xây gạch đặc dầy 110 hoặc 220 tùy vào kiên trúcbằng vữa XM Mác 75#

4 Phân tích giải pháp kết cấu

Công trình dùng hệ khung bê tông cốt thép chịu lực, do đó bao quanh sơ đồ sàn

là các dầm bê tông cốt thép vì thế liên kết bản sàn với dầm bê tông cốt thép bao quanh

là liên kết ngàm Vì vậy bản sàn công trình là loại bản liên tục

5 Chọn sơ bộ kích thước tiết diện dầm cột khung

Đảm bảo:

ct

cl

h :chieu cao cau tao

h h : chieu cao su dung

h : chieu cao chiu luc

L: nhịp bản

D: hệ số phụ thuộc vào tải trọng tác dụng lên bản.(D = 0,8-1,4)

m: hệ số phụ thuộc vào liên kết của bản:

với bản: +) kê bốn cạnh thì: m = 35 - 45

+) loại dầm thì: m = 30 - 35Với bản kê 4 cạnh, bản liên tục lấy m = 40 và tải trọng nhỏ lấy D = 1,2

l: Cạnh ngắn của ô bản; l = 3,9 m (ô sàn lớn nhất)

b

1,2

h = 390 = 11,7 cm40

Tải trọng TT:

- Tĩnh tải sàn khu vệ sinh:

Bảng tải trong tác dụng lên sàn khu vệ sinh

Các lớp sàn

Tải trọng tiêu chuẩn

g tc (kN/m 2 )

Hệ số vượt tải (n)

Tải trọng tính toán

Bảng I.2 TĨNH TẢI SÀN VỆ SINH

- Phần tĩnh tải do trọng lượng bản thân các lớp sàn tác dụng trên 1m2 mặt bằng sàn xác định theo bảng trên

P tc

(kN/m 2 )

Hệ số vượt tải (n)

Hoạt tải tính toán

P tt (kN/m 2 )

BẢNG I.3 BẢNG HOẠT TẢI CÁC PHÒNG

d Chọn kích thước tiết diện cột

* Tính cột trục E:

- Diện tích tiết diện ngang của cột trục 6, trục E

Fb = b h = k N/Rb

k = 0,9 ÷ 1,1 đối với cấu kiện chịu nén đúng tâm

k = 1,2 ÷ 1,5 đối với cấu kiện chịu nén lệch tâm Lấy k =1,5

- Bê tông cột B20; Rb = 11,5 MPa; Rb = 0,9Mpa

- Khi tính N coi các dầm gắn lên cột là các dầm đơn giản chuyền phản lực vàođầu dầm và cột N là lực dọc tác dụng vào cột tầng 1

- Diện tích chuyền tải trọng lớn nhất dồn vào cột trục C2 là 3,6x4,2 m

- Suy ra: N = S.q.n với (q = 10 kN/m2 là tải trọng phân bố đều trên 1 m2 sàn,giả thiết 10 – 12 kN/m2 n: là số tầng n = 5 tầng)

HÌNH I.1 DIỆN TÍCH TRUYỀN TẢI CỘT TRỤC E

- Diện tích chuyền tải là: A = 3,6.4,2 = 15,12 m2

* Kiểm tra tiết diện cột theo điều kiện ôn định: λ λ≤[ bgh] 31=

- Giả thiết khung ngàm vào móng ở độ sâu 1,2 m

- Kiểm tra với cột tầng 1 có độ cao l = 3,6 + 1,2 = 4,8 m

tầng 1: lo = ψ.l= 0,7.4,8 = 3,36(m)

tầng 2÷5: lo = ψ.l= 0,7.3,6 = 2,52 (m)

λ

- Diện truyền tải vào cột như hình:

HÌNH I.2 DIỆN TÍCH TRUYỀN TẢI CỘT TRỤC 1,4

* Kiểm tra tiết diện cột theo điều kiện ôn định: λ λ≤[ bgh] 31=

- Giả thiết khung ngàm vào móng ở độ sâu 1,2 m

- Kiểm tra với cột tầng 1 có độ cao l = 3,6+ 1,2 = 4,8 m

Vậy tiết diện cột Fb= (22x30) cm thoả mãn điều kiện ổn định

e Kết cấu bao che:

- Kết cấu bao che bằng tường xây gạch vữa xi măng trọng lượng riêng tường vàlớp trát lấy bằng 18kN/m3, hệ số vượt tải 1,1;

II TÍNH TOÁN SÀN TẦNG 2

1 MẶT BẰNG PHÂN LOẠI Ô SÀN:

D200X400 D200X400 D200X400 D200X500

HèNH II.1 MẶT BẰNG SƠ ĐỒ KẾT CẤU ễ SÀN TẦNG 2Các loại ô sàn đợc phân loại dựa theo tỷ số :

2 1

l 2

- Bản loại dầm

2 1

l < 2

BẢNG II.1 BẢNG PHÂN LOẠI ễ SÀN TẦNG 2

2 TÍNH TOÁN ễ BẢN Kấ 4 CẠNH THEO SƠ ĐỒ ĐÀN HỒI

Tớnh cho ụ 1:

g = 3,789 kN/ m2; p = 3,6 kN/ m2 L1 = 3,3 m; L2 = 5,1 m

- Tính bản theo sơ đồ đàn hồi:

Xét tỷ số:

2 1

l 3,3 < 2 ⇒ bản làm việc theo hai phương

- Xác định nội lực: ( Tra sách “ sổ tay thực hành kết cấu công trình” ta có:

- Theo sơ đồ 1 ta có:

11 12

m =0,0206

m =0,0086

91 92

k =0,0459

k =0,0191

M1 M2 MII

MI

MII MI

b Tính mô men trong bản:

Mô men trong bản được tính theo công thức sau:

M

6 2

5, 2.1011,5.1000.85 = 0,063 < αR= 0,437

μ% =

s 0

Ab.h 100% = 1000.85282, 4 100% = 0,33% > μmin = 0,05%

R b max

b 0

M

R b.h =

6 2

2,15.1011,5.1000.85 = 0,026 < αR= 0,437

Ab.h 100% = 1000.85112,96 100% = 0,132% > μmin = 0,05%

R b max

S =

1 s s

b a

1000.28,3112,96 = 250,5 mm, chọn φ 6mm S = 200mm

* Tính cốt thép chịu mô men âm tại gối theo phương cạnh ngắn MI:

αm =

1 2

M

6 2

5,71.1011,5.1000.85 = 0,068 < αR= 0,437

Ab.h 100% = 1000.85304,11 100% = 0,357% > μmin = 0,05%

R b max

b a

1000.50, 24304,11 = 165,2 mm, chọn φ 8mm S = 150mm

* Tính cốt thép chịu mô men âm tại gối theo phương cạnh dài MII:

2,376.1011,5.1000.85 = 0,028 < αR= 0,437

ξ = 1- 1-2αm = 1 - 1-2.0,028 = 0,028

Ab.h 100% = 1000.85121,64 100% = 0,143% > μmin = 0,05%

R b max

l 3,3 < 2 ⇒ bản làm việc theo hai phương

- Xác định nội lực: ( Tra sách “ sổ tay thực hành kết cấu công trình” ta có:

- Theo sơ đồ 1 ta có:

11 12

m =0,0206

m =0,0171

91 92

k =0,0459

k =0,0191

M1 M2 MII

MI

MII MI

b Tính mô men trong bản:

Mô men trong bản được tính theo công thưc sau:

M1 = m11 P’ + m91 P” = 0,0484.80,2 + 0,0206.16,4 = 4,22 (kN.m);

M2 = m12 P’ + m92 P”= 0,0201.80,2 + 0,0171.16,4 = 1,892(kN.m);

MI = k91 P = - k P = - 0,0459.96,6 = - 4,43491 (kN.m);

MII = k92 P =-k P = - 0,0191 96,6 = - 1,85 92 (kN.m);

Trong đó: M1 mô men max giữa nhịp cạnh ngắn

M2 mô men max giữa nhịp cạnh dài

MI mô men max gối cạnh ngắn

MII mô men max gối cạnh dài

m11, m12, m91, m92, k91, k92: Các hệ số tra theo loai sơ đồ “ sổ tay thực hành kếtcấu công trình”

M

6 2

4, 434.1011,5.1000.85 = 0,0533 < αR= 0,437

Ab.h 100% = 1000.85238,1 100% = 0,28% > μmin = 0,05%

R b max

S =

1 s s

b a

1000.50, 24238,1 = 211 mm, chọn φ8mm S = 200 mm

* Tính cốt thép chịu mô men dương giữa bản theo phương cạnh dài M2:

αm =

2 2

b 0

M

R b.h =

6 2

1,892.1011,5.1000.85 = 0,0227 < αR= 0,437

Ab.h 100% = 1000.8599,5 100% = 0,12% > μmin = 0,05%

R b max

b a

1000.28,399,5 = 284 mm, chọn φ 6mm S = 200mm

* Tính cốt thép chịu mô men âm tại gối theo phương cạnh ngắn MI:

αm =

1 2

M

6 2

4, 434.1011,5.1000.85 = 0,0533 < αR= 0,437

ξ = 1- 1-2αm = 1 - 1-2.0,0533= 0,0548

Ab.h 100% = 1000.85238,1 100% = 0,28% > μmin = 0,05%

R b max

b a

1000.50, 24238,1 = 211 mm, chọn φ 8 mm S = 200mm

* Tính cốt thép chịu mô men âm tại gối theo phương cạnh dài MII:

αm =

M2

R b.hb 0

II

=

6 2

1,85.1011,5.1000.85 = 0,022 < αR= 0,437

Ab.h 100% = 1000.8596, 446 100% = 0,113% > μmin = 0,05%

R b max

s

⇒ Suy ra μ < μ < μmin max

* Chän thÐp cã ®ường kÝnh : φ 6mm cã as= 28,3mm2

Kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c cèt thÐp lµ:

S =

1 s s

q.l 8,114×1,255

* Tính cốt thép chịu mô men dương giữa bản theo phương cạnh ngắn M1:

- Chän a = 15 mm cho mäi tiÕt diÖn

h0 = h- a = 100 - 15 = 85 mm

αm =

1 2

M

6 2

0,532.1011,5.1000.85 = 0,0064 < αR= 0,437

Ab.h 100% =

141, 41000.85 100% = 0,166% > μmin = 0,05%

R b max

s

⇒ Suy ra μ < μ <μmin max

* Tính cốt thép chịu mô men âm tại gối theo phương cạnh ngắn MI:

h0 = h- a = 100 - 15 = 85 mm

αm =

I 2

M

6 2

1, 06.1011,5.1000.85 = 0,0127 < αR= 0,437

Ab.h 100% =

141, 41000.85 100% = 0,166% > μmin = 0,05%

R b max

Nội lực

M kN.m

Hệ số

m

α Hệ sốξ

tt s

Α

mm 2

Thép chọn

ch s

1 Giải pháp kết cấu cầu thang

Bản thang có chiều dài (2,92m) so với chiều rộng (2,3m) nên sử dụng giải phápcầu thang có cốn sẽ hợp lý về mặt chịu lực và tiết kiệm vật liệu

E F G

E F

HÌNH III.1 MẶT BẰNG KIẾN TRÚC THANG BỘ TẦNG 2 LÊN 3

2 Cấu tạo cầu thang

Cầu thang gồm 2 đợt gồm 18 bậc trong đó có hai dầm chiếu nghỉ DCN và DCN1,một dầm chiếu tới DCT:

Bản chiếu nghỉ có kích thước là l1.l2 = 0,76 m 5,1m

Kích thước bậc là (300.180)mm

3 Tính toán các cấu kiện cầu thang

a Lựa chọn kích thước tiết diện

- Chọn hb = 8cm

- Cốn thang có: b.h = (100 300)mm

- Dầm chiếu nghỉ DCN1, DCN2, DCT :

Xác định tải trọng tác dụng lên bản thang:

- Tĩnh tải: Tĩnh tải được xác định theo cấu tạo cầu thang gồm các lớp được trìnhbày dưới bảng sau:

Bảng Tính tĩnh tải bản cầu thang

S

Chiều dày(m)

γ

(kN/m 3 )

Hệ số vượt tải (n)

Tải trọng tt

BẢNG III.1 TĨNH TẢI BẢN CẦU THANG

- Hoạt tải: Theo TCVN 2737-1995:

Tổng tải trọng tác dụng lên bản thang:

Chọn a = 1,5 cm cho mọi tiết diện ⇒ h0 = 8 - 1,5 = 6,5 cm

* Tính cốt thép chịu mô men dương giữa bản theo phương cạnh ngắn M1:

αm =

1 2

M

6 2

3,62.1011,5.1000.65 = 0,074 < αR= 0,437

Ab.h 100% = 1000.65245, 4 100% = 0,37% > μmin = 0,05%

R b max

s

⇒ Suy ra μ < μ <μmin max

* Chän thÐp cã ®ường kÝnh : φ 8mm cã as= 50,3mm2

Kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c cèt thÐp lµ:

S =

1 s s

b 0

M

R b.h =

6 2

1,83.1011,5.1000.65 = 0,037 < αR= 0,437

Ab.h 100% = 1000.65122,92 100% = 0,189% > μmin = 0,05%

R b max

b a

1000.28,3122,92 = 230 mm, chọn φ 6mm S = 200mm

Xem cốn thang là dầm đơn giản 2 đầu gối lên dầm chiếu nghỉ và dầm chiếu tới

• Theo phương ngang Ln=2,7+0,22=2,92

+ Do bản thang truyền vào: qb.l1 / 2 = 8,5495.2,3/2 = 9,83 kN/m

+ Trọng lượng lan can, tay vịn: Lấy = 30 kN/m; 0,30 1,1 = 0,33 kN/m

Tổng tải trọng tác dụng lên cốn thang:

q = 10,98 kN/m

* Thành phần tải trọng tác dụng vuông góc với cốn thang

q =q.cosα1

= 10,98 0,85 = 9,33 kN/m

Thành phần tải trọng tác dụng song song với cốn thang gây nén và nhỏ nên ta

bỏ qua ảnh hưởng của thành phần lực này

M

613,72.10

211,5.100.270 = 0,125 < αR= 0,437

Ab.h 100% =

254,5100.270 100% = 0,94% > μmin = 0,05%

R b max

φ (1+φ ).R b.hn bt

QmaxTrong đó: ϕn = 0; ϕb4 = 1,5 với bê tông nặng

Smax =

21,5.(1+0).0,9.100.270

3 100.15027.10

2.270 =

18,2kN

Thoả mãn điều kiện ⇒ bê tông đã đủ khả năng chịu cắt, chỉ cần đặt cốt đai theocấu tạo cho đoạn dầm tương ứng.

+ Kiểm tra điều kiện cốt xiên

Xác định khả năng chống cắt của cốt đai:

tt sw swsw

Xét tỷ số l2/ l1 = 5,1/0,98 = 5,2 > 2 ⇒ tính bản làm việc theo phương cạnhngắn, tính theo sơ đồ đàn hồi.

Hệ số vượt tải n

Tải trọng tính toán (kN/m2)

1 Lớp đá mài Granito dày δ = 1,5 cm, γ = 20

6 2

0,3.1011,5.1000.65 = 0,0095 < αR= 0,437

Ab.h 100% =

141, 41000.85 100% = 0,166% > μ = 0,05min %

R b max

s

⇒ Suy ra μ < μ <μmin max

* Tính cốt thép chịu mô men âm tại gối theo phương cạnh ngắn MI:

h0 = h- a = 85 - 15 = 65 mm

αm =

I 2

M

6 2

0,6.1011,5.1000.65 = 0,019 < αR= 0,437

Ab.h 100% =

141, 41000.85 100% = 0,166% > μmin = 0,05%

R b max

s

⇒ Suy ra μ < μ <μmin max

Thép các gối kê lên tường và dầm chọn φ6 a = 200 mm để bố trí

e Tính toán dầm chiếu nghỉ D cn:

Dầm chiếu nghỉ DCN1 có 2 đầu gối lên tường và cột, nên được tính toán như 1dầm đơn giản 2 đầu khớp

M= qL²/8 + P.L

q q

6 2

36,3.1011,5.220.270 = 0,196 < αR= 0,437

Ab.h 100% = 220.270662 100% = 1,015% > μmin = 0,05%

R b max

φ (1+φ ).R b.hn bt

QTrong đó: ϕn = 0; ϕb4 = 1,5 với bê tông nặng

Smax =

21,5.(1+0).0,9.220.270

3 220.15027.10

φ = 1- β.R = 1- 0,01.11,5 = 0,885b1 b

max

Q = 32,607kN 0,3.1,0006.0,885.11,5.220.270 = 1814718N = 181,4718kN≤Thoả mãn điều kiện không cần thay đổi tiết diện

2.270 = 40,095kN.

Thoả mãn điều kiện ⇒ bê tông đã đủ khả năng chịu cắt, chỉ cần đặt cốt đai theocấu tạo cho đoạn dầm tương ứng

Xác định khả năng chống cắt của cốt đai:

tt sw sw sw

Q = 2.φ (1+φ +φ )R b.h q = 2 2.(1+0+0).0,9.220.270 33,022

= 61,75 kN > Qmax = 32,607 kN

Vậy bê tông và cốt đai đã đủ khả năng chống cắt, ta không cần phải tính cốt xiên

⇒ Chọn cốt đai φ6 a150 bố trí cho đầu dầm và φ6 a200 cho đoạn giữa dầm

HÌNH III.6 BỐ TRÍ THÉP DẦM DCN1

* Tính toán cốt treo cho dầm DCN:

Ở chỗ cốn thang gác lên dầm DCN có lực tập trung do cốn thang truyền vào; nênphải tính cốt treo cho dầm DCN để tránh bị phá hoại cục bộ hai bên mép dầm

Lực tập trung do cốn truyền vào là: P = 14,97 kN

Cốt treo được đặt dưới dạng cốt đai, diện tích cần thiết là:

A 85,5

n = = = 1,51

n a s s 2.28,3 ®ai ⇒ chọn 7 đai bốtrí trong khoảng hai cốn 3 đai a = 60mm con lại bố trí hai bên của hai cốn;