Thiết kế khung ngang trục 3 của một trường học

ĐỒ ÁN: Thiết kế khung ngang trục trường học Mục lục I Lựa chọn giải pháp kết cấu 1 Lựa chọn vật liệu sử dụng .4 2.Lựa chọn giải pháp kết cấu cho sàn Chọn kích thước chiều dày sàn 4.Lựa chọn kết cấu mái .8 5.Lựa chọn kích thước tiết diện phận .8 a.Dầm BC( dầm phòng) b.Dầm AB( dầm hành lang) c.Dầm dọc nhà d.Cột trục B .9 e Cột trục C .9 f Cột trục A Mặt bố trí kế cấu theo hình 11 II SƠ ĐỒ TÍNH TỐN KHUNG PHẲNG 11 Sơ đồ hình học 11 Sơ đồ kết cấu .11 a.Nhịp tính tốn dầm .11 b.Chiều cao cột 12 III XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG ĐƠN VỊ 13 Tĩnh tãi đơn vị 13 2 Hoạt tải đơn vị 14 Hệ số quy đổi tải trọng 14 a.Với ô sàn lớn kích thước 7x4,1(m) .14 b.Với sàn hành lang kích thước 2,4x4,1 (m) 14 IV XÁC ĐỊNH TĨNH TẢI TÁC DỤNG VÀO KHUNG .15 Tĩnh tải tầng 2,3,4 15 Tĩnh tải tầng mái: 18 Trường hợp hoạt tải 23 2.Trường hợp hoạt tải .28 VI XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG GIÓ .34 VII XÁC ĐỊNH NÔI LỰC 38 VIII TỔ HỢP NỘI LỰC .39 IX TÍNH TỐN CỐT THÉP DẦM .49 Tính tốn cốt thép dọc cho dầm 49 a.Tính tốn cốt thép dọc cho dầm tầng 2, nhịp BC, phần tử 4(bxh= 22x65) .50 b.Tính tốn cốt thép dọc cho dầm tầng 2, nhịp AB, phần tử (bxh=22x35) 51 c.Tính tốn cốt thép dọc cho phần tử 10, 15, 20 .53 d.Tính tốn cách tương tự cho phần tử dầm khác theo bảng 53 e.Chọn cốt thép dọc cho dầm 53 Tính tốn bố trí cốt thép đai cho dầm 55 a.Tính tốn cốt đai cho phần tử dầm 4( tầng 2, nhịp BC): bxh=22X65 55 b.Tính tốn cốt đai cho phần tử dầm 9, 14, 19 : bxh=22x60 cm 58 c.Tính tốn cốt đai cho phần tử dầm 5( tầng 2, nhịp AB): bxh=22x35 58 d.Tính tốn cốt đai cho phần tử dầm 10,15,20: bxh= 22x35cm 59 e.Bố trí thép đai cho dầm .59 X.TÍNH TỐN CỐT THÉP CỘT 60 1.Vật liệu sử dụng 60 2.tính tốn cốt thép cho phần tử cột 2:b x h=22x50 60 a Số liệu tính tốn 60 b.Tính cốt thép đối xứng cho cặp 61 c.Tính cốt thép đối xứng cho cặp .62 d.Tính cốt thép đối xứng cho cặp .62 3.Tính tốn cốt thép cho phần tử cột 3:b x h=22x22 63 b Tính cốt thép đối xứng cho cặp 64 c tính cốt thép đối xứng cho cặp 3, ta có kết tính thép cho: 66 Tính cốt thép cho phần tử cột 12: bxh=22x40 cm 66 a số liệu tính tốn 66 b Tính cốt thép đối xứng cho cặp .67 c Tính cốt thép đối xứng cho cặp .68 d Tính cốt thép đối xứng cho cặp .68 tính cốt thép đai cho cột 69 tính tốn cấu tạo nút góc 69 NỘI DUNG: thiết kế khung ngang trục trường học : SỐ LIỆU THIẾT KẾ Số tầng L1 (m) L2 (m) 2,4 B (m) 4,1 Ht (m) 3,7 Pc (daN/m2) 200 Địa điểm xây dựng TP Hồ Chí Minh I Lựa chọn giải pháp kết cấu Lựa chọn vật liệu sử dụng Bêtông      Dùng bê tơng có cấp độ bền B15 Khối lượng riêng: γbt= 2500(daN/m3) Cường độ chịu nén tính tốn bê tơng: Rb = 8,5(MPa) Cường độ chịu kéo tính tốn bê tông: Rbt = 0,75(MPa) Mô dun đàn hồi E= 23x103 (MPa) Cốtthép  Thép AI: Ø k=1 Ơ sàn phòng có: +Ldài = L2 = 7000m +Lngắn = B =4,1m Chiều sày sàn phòng: hs1  kLngan 37  8  � chọn hs1=10 Vậy kể tải trọng thân sàn BTCT thì: +Tĩnh tải tính tốn sàn phòng: g s  g o   bt hs1.n =147,6+2500 +Tổng tải trọng phân bố tính tốn sàn phòng: qs  ps  g s =240 + 422,6= 622,6 (daN/  Với sàn hành lang: - Hoạt tải tính tốn: phl  p c n =300 - Tĩnh tải tính tốn( chưa tính trọng lượng sàn BTCT) go= 147,6 (daN/ Vì tải trọng phân bố tính tốn sàn: qohl  g o  phl =147,6+360= 507,6 (daN/ Ô sàn hành lang có: +Ldài = B =4,1 +Lngắn = L1 = 2,4 Chiều dày sàn hành lang: � chọn hs2=8(cm) Vậy kể tải trọng thân sàn BTCT thì: +Tĩnh tải tính tốn sàn hành lang: g hl  g o   bt hs n  147,6+2500.0,08.1,1=367,6(daN/m ) +Tổng tải trọng phân bố tính tốn sàn hành lang: qhl  p tt  g hl  360+367,6=727,6(daN/m2)  Với sàn mái -Hoạt tải tính tốn: pm  p c n  75 97,5(daN/m2) - Tĩnh tải tính tốn( chưa kể trọng lượng sàn BTCT) Các lớp vật liệu Vữa lót dày 30mm,  o = 2000 daN/m3 Tiêu chuẩn 60 n 1,3 Tính tốn 78 0.03x2000= 60 daN/m2 Vữa trát dày 20mm,  o =2000 daN/m3 40 1,3 52 0.02x2000= 40 daN/m2 Cộng: Do khơng có tường xây trực tiếp sàn nên tĩnh tải tính tốn: g0=130(daN/m2) Vì tải trọng phân bố tính tốn sàn: 130 q  g o  pm  130+97,5= 227,5 (daN/m2) Do tải trọng mái nhỏ nên ta chọn chiều dày ô sàn lớn chiều dày ô sàn bé mái hs3 =8 (cm) Vậy kể tải trọng thân sàn BTCT coi tải trọng mái tôn, xà gồ phân bố sàn thì: - Tĩnh tải tính tốn sàn mái: (da N/m2) - Tổng tải trọng phân bố sàn mái: qm  pm  g m  97,5+383= 480,5(daN/m2) 4.Lựa chọn kết cấu mái Kết cấu mái dùng hệ mái tôn gác lên xà gồ, xà gồ gác lên tường thu hồi 5.Lựa chọn kích thước tiết diện phận  Kích thước tiết diện dầm a.Dầm BC( dầm phòng) Nhịp dầm L= L2=7 m Chọn chiều cao dầm: hd =0,65m, bề rộng dầm bd=0,22m Với dầm mái, tải trọng nhỏ nên ta chọn chiều cao nhỏ hơn: hdm=0,5m b.Dầm AB( dầm hành lang) Nhịp dầm L=L1=2,4 Ta chọn chiều cao dầm: hd= 0,35 m, bề rộng dầm bd = 0,22 c.Dầm dọc nhà Nhịp dầm L=B=4,1 d.Cột trục B -Diện truyền tải cột trục B S B= ( -Lực dọc tải phân bố sàn N1= qsSB= 662,6 19,27=12768,3 (daN) -Lực dọc tải trọng tường ngăn dày 220mm N2= gt.lt.ht= 514 ( ( lấy sơ chiều cao tường chiều cao tầng nhà ht=H) -Lực dọc tường thu hồi N3= gt.lt.ht= 296 ( ) 0,8=1112,96 (daN) -Lực dọc tải phân bố sàn mái N4=qm.SB= 480,5 19,27= 9259,235 (daN) -Với nhà bốn tầng có sàn học va sàn mái N  �ni N i  3.(12768,3 + 1112,96+ 9259,235)=92038 (daN) Để kể đến ảnh hưởng mô men ta chọn k=1.1 A kN  Rb =1191 (cm2) Vậy ta chọn kích thước cột bc x hc= 22x50 cm có A=1100 (cm2) 10 b1    Rb =1-0,01.8,5= 0,915 � Dầm đủ khả chịu ứng suất nén d.Tính tốn cốt đai cho phần tử dầm 10,15,20: bxh= 22x35cm Tương tự tính tốn dầm ta bố trí thép đai  6a150 cho dầm phần tử 10, 15, 20 e.Bố trí thép đai cho dầm +Với dầm có kích thước 22x65 cm  Ở hai đầu dầm đoạn L/4 , ta bố trí cốt đai dặt dày  6a200 với L nhịp thơng thủy dầm  Phần lại cốt đai đặt thưa theo điều kiện cấu tạo sct= (3h/4, 50cm)= 50 (cm) Ta chọn  6a300 Với dầm có kích thước 22x35 cm Do nhịp dầm ngắn nên ta bố trí cốt đai  6a150 đặt suốt dầm X.TÍNH TỐN CỐT THÉP CỘT 1.Vật liệu sử dụng Bê tơng cấp độ bền B15 có :Rb=8,5 MPa; Rbt= 0,75MPa Cốt thép dọc nhóm AII có:Rs=Rsc= 280MPa Tra bảng phụ lục 10 ta có ξR=0,65 2.tính tốn cốt thép cho phần tử cột 2:b x h=22x50 a Số liệu tính tốn Chiều dài tính tốn l0=0.7H=0.7 4,4= 3,08(m)=308(cm) Giả thiết a=a’=4cm → h0=h-a=50-4 =46(cm) 63 Za=h0-a=46-4=42(cm) Độ mảnh λh=l0/h= 308/50= 6,16 ξRh0 nén lệch tâm bé +Xác định lại x theo cách sau: +Cách 1:tính xác “x” cách giải phương trình bậc 64 x3 + a1x+a0=0 Với a2=-(2 + ξR)ho = -(2+0,65).46=-121,9 a1= +2 ξR +(1- ξR)h0za= a0= = →x=36,7 +Cách 2: Tính lại “x” theo phương pháp dần Đặt x1=x= = = = x= h0= +Cách 3:tính lại “x” theo công thức gần đúng: Với n= = = 65 = x= = Lấy x=36,7(cm) theo cách để tính thép = = =6,08(cm2) = c.Tính cốt thép đối xứng cho cặp M=22,09(kNm)=220900(daN.cm) N=950(kN)=95000(daN.) +e= ηe0+h/2-a=1.2,33+25-4=23,33 +x= = +xảy trường hợp x> ξRh0 ,nén lệch tâm bé +Tính lại “x” theo phương pháp dần →x=44,7(cm) + = = = =2,04(cm2) 66 d.Tính cốt thép đối xứng cho cặp M=82,4(kN.m)=824000(daN.cm) N=941,8(kN)=94180(daN) +e= ηe0+h/2-a=1.8,75+25-4=29,75 +x= = 50,3> ξRh0 →,nén lệch tâm bé Tính lại “x” theo công thức gần →x=38,2 + = = = =7,48(cm2) +Xác định giá trị hàm lượng cốt thép tối thiểu theo độ mảnh λ λ= = → λ (35 83) →μmin=0.2% +Hàm lượng cốt thép μ= 100%= > μmin =0.2% Nhận xét: +Cặp nội lực đòi hỏi lượng thép bố trí lớn nhất.Vậy ta bố trí cốt thép cột theo = =7,48 (cm2) Chọn 3∅18 có As=7,5(cm2) +các phần tử cột 1,6,7 bố trí thép giống cột phần cột 67 3.Tính tốn cốt thép cho phần tử cột 3:b x h=22x22 Chiều dài tính tốn l0=0,7.H=0,7.4,4(m)=308(cm) Giả thiết a=a’=4cm → h0=h-a=22-4=18(cm) Za=h0-a=18-4=14(cm) Độ mảnh λa=l0/h=14>8 → phải xét đến ảnh hưởng uốn dọc Nội lực chọn từ bảng tổ hợp nội lực ghi lại chi tiết bảng Bảng 7.Nội lực ộ chênh lêch tâm cột Ký hiệu Ký hiệu Đặc M N e1=M/N ea E0max(e1,ea) cặp nội bảng diểm (kN.m) (kN) (cm) (cm) (cm) lực tộ hợp cặp 3-9 3-10 3-14 nội lực emax max Nmax 5,3 80,31 6,6 2,7 6,6 7,17 139,4 5,14 2,7 5,14 6,7 195,5 3,4 2,7 3,4 Với Mdh=-0,9(kNm) Ndh=109,8(kN) b Tính cốt thép đối xứng cho cặp M=5,3(kNm)=53000(daN.cm) N=80,31(kN)=8031(daN) Lực dọc tới hạn xác định theo công thức 68 Ncr= ( Với l0=308(cm) Eb=23.103(Mpa)=230.103(daN/cm2) Mơ men qn tính tiết diện I= (cm4) = Giả thiết μt=0.047%=0.00047 Is= μtbh0(0.5h-a)2=0,00047.22.18.(0,5.22-4)2=9,12(cm4) = =9.13 =0.5-0.01 -0.01Rb=0,5-0,01 = → e=max( )=0,3 Hệ số kể đến ảnh hưởng độ lệch tâm: S= với bê tông cốt thép thường: hệ số xét đến ảnh hưởng tải trọng dài hạn: 69 với y=0,5h = 0,5.22 = 0,11 (m) với bê tông nặng lực dọc tới hạn xác định theo công thức hệ số uốn dọc: e= Sử dụng bê tông cấp độ bền B15, thép AII -> Xảy trường hợp x< 2a’=8(cm) + Lượng cốt thép yêu cầu: Xác định hàm lượng cốt thép tối thiểu theo độ mảnh : hàm lượng cốt thép 70 Hàm lượng cốt thép tổng -> hàm lượng cốt thép giả thiết hợp lí Tuy nhiên nên ta bố trí cốt thép theo hàm lượng cốt thép tối thiểu: AS=AS’= (cm2) c tính cốt thép đối xứng cho cặp 3, ta có kết tính thép cho: + cặp nội lực 2: AS=AS’=0,2(cm2) ++ cặp nội lực 3: AS=AS’=0,31(cm2) Ta thấy lượng cốt thép nhỏ(20(cm) nên cần bố trí theo điều kiện cấu tạo có AS= 4,02(cm2)>0,792(cm2) cho phần tử cột Tính cốt thép cho phần tử cột 12: bxh=22x40 cm 71 a số liệu tính tốn Chiều dài tính tốn l0=0,7H=0,7.3,7 = 2,59(m)=259(cm) Giả thiết a=a’=4cm → h0=h-a=40-4 =36(cm) Za=h0-a=36-4=32(cm) Độ mảnh λh=l0/h=259/36=6,475