Đồ án bê tông cốt thép 2: Thiết kế khung ngang trục 3 của một trường học

Nội dung của đồ án là: Lựa chọn giải pháp kết cấu, sơ đồ tính toán khung phẳng và xác định tải trọng đơn vị. Mời các bạn tham khảo Nội dung của đồ án là: Lựa chọn giải pháp kết cấu, sơ đồ tính toán khung phẳng và xác định tải trọng đơn vị. Mời các bạn tham khảo

 Khối lượng riêng: γbt= 2500(daN/m3)

 Cường độ chịu nén tính toán của bê tông: Rb = 8,5(MPa)

 Cường độ chịu kéo tính toán của bê tông: Rbt = 0,75(MPa)

 Mô dun đàn hồi E= 23x103 (MPa)

Cốtthép

 Thép AI: Ø<12(mm)

 Cường độ chịu kéo, chịu nén tính toán của cốt thép :

Rs=Rsc=225(MPa)

 Cường độ chịu cắt khi tính toán cốt ngang : Rsw= 175 (MPa)

 Môdun đàn hồi : E=21x104

(MPa)

 Thép AII : Ø≥12(mm)

 Cường độ chịu kéo, chịu nén tính toán của cốt thép :

Rs=Rsc=280(MPa)

 Cường độ chịu cắt khi tính toán cốt ngang : Rsw= 225 (MPa)

 Môdun đàn hồi : E=21x104

(MPa)

2.Lựa chọn giải pháp kết cấu cho sàn

Chọn giải pháp sàn sườn toàn khối, không bố trí dầm phụ, chỉ có các dầm qua cột

3 Chọn kích thước chiều dày sàn

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

L L

 

 Với sàn trong phòng

2

- Hoạt tải tính toán: 𝑝𝑠 = 𝑝𝑐× 𝑛 = 200 × 1,2 = 240(𝑑𝑎𝑁𝑚2 )

-Tĩnh tãi tính toán( chưa kể trọng lượng bản thân sàn bê tông cốt thép)

chuẩn n Tính toán Gạch ceramic dày 8mm, 𝛾 = 2000 daN/m3

Vậy nếu kể cả tải trọng bản thân sàn BTCT thì:

+Tĩnh tải tính toán của ô sàn trong phòng:

Vậy nếu kể cả tải trọng bản thân sàn BTCT thì:

+Tĩnh tải tính toán của ô sàn hành lang:

p  p n75× 1,3 =97,5(daN/m2

)

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

Vữa lót dày 30mm, o= 2000 daN/m3

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 các bộ phận

 Kích thước tiết diện dầm

Với dầm trên mái, do tải trọng nhỏ nên ta chọn chiều cao nhỏ hơn: hdm=0,5m

b.Dầm AB( dầm ngoài hành lang)

5

N2= gt.lt.ht= 514 (

2+ 4,1) 3,7 = 14453,68 (𝑑𝑎𝑁) ( ở đây lấy sơ bộ chiều cao tường bằng chiều cao tầng nhà ht=H)

-Lực dọc do tường thu hồi

e Cột trục C

Cột trục C có diện chịu tải Sc nhỏ hơn diện chịu tải của cột trục B, để thiên về an toàn và định hình ván khuôn, ta chọn kích thước tiết diện cột trục C(22x 50) bằng với cột trục B

(Lấy sơ bộ chiều cao lan can bằng 0.9m)

-Lực dọc do tường thu hồi

N  g l h 296.(2,4

2).0,8 = 284,16(𝑑𝑎𝑁) -Lực dọc do tải phân bố đều trên bản sàn mái

7

2 Sơ đồ kết cấu

a.Nhịp tính toán của dầm

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

( ở đây đã lấy trục cột là trục của cột tầng 3 và tầng 4)

 Xác định nhịp tính toán của dầm AB

1

c AB

h t

l L   =2,4 - 0,11+0,2= 2,49 (m) (ở đây đã lấy trục cột là trục của cột tầng 3 và tầng 4)

b.Chiều cao của cột

Chiều cao của cột lấy bằng khoảng cách giữa các trục dầm do dầm khung thay đổi tiết diện nên ta sẽ xác định chiều cao của cột theo trục dầm hành lang( dầm có tiết diện nhỏ hơn)

Xác định chiều cao của cột tầng 1

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

hm= 500 (mm)= 0,5 m

ht1 = 4,4 (m)

(với Z=0.45m là khoảng cách từ cốt  0.00 đến mặt đất tự nhiên)

Xác định chiều cao của cột tầng 2,3,4

Ht2 = ht3 = ht4 = 3,7 (m)

Ta có sơ đồ kết cấu được thể hiện như hình sau:

8

Hình 1 Sơ đồ kết cấu khung ngang

III XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG ĐƠN VỊ

b.Với ô sàn hành lang kích thước 2,4x4,1 (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 k= 5

8 = 0,625

IV 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

+ Việc tính toán tải trọng vào khung được thể hiện theo 2 cách:

- Cách 1: chưa quy đổi tải trọng

- Cách 2: quy đổi tải trọng thành phân bố đều

1 Tĩnh tải tầng 2,3,4

10 Hình 2 Sơ đồ phân tĩnh tải sàn tầng 2,3,4

1567,7

1403,6 2971,3

TĨNH TẢI TẬP TRUNG – daN

Do trọng lượng tường xây trên dầm dọc cao 3,7 - 0,35= 3,35

(m) với hệ số giảm lỗ cửa 0,7:

1590,5 7400,6

1

2

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

Do trọng lượng sàn hành lang truyền vào:

376,6 x[(4,1- 0,22)+(4,1-2,4)]x(2,4-0,22)/4

Cộng và làm tròn:

7400,6

1117,9 8518,5

GA

Do trọng lượng sàn hành lang truyền vào (đã tính ở trên)

Do lan can xây tường 110 cao 900 mm truyền vào:

296 x 0,9 x 4,1 Cộng và làm tròn:

868,2 1117,9

1092,24 3078,34

2 Tĩnh tải tầng mái:

Hình 3 Sơ đồ phân tĩnh tải sàn tầng mái

541,2 3793,1

1

2

GBmGiống như mục 1,2 của GCm đã tính ở trên

Do trọng lượng ô sàn nhỏ truyền vào:

383 x [(4,1-0,22)+(4,1-0,22)] x (2,4-0,22)/4

Cộng và làm tròn :

2309,7

1619,8 3929,5

Do trọng lượng ô sàn nhỏ truyền vào( đã tính ở trên):

Giống như mục 3,4 của GCm đã tính ở trên:

Cộng và làm tròn

868,175 1619,8 1483,4 3971,4

Ta có sơ đồ tĩnh tải tác dụng vào khung ( biểu diễn theo cách 1):

15

Hình 4 Sơ đồ tĩnh tải tác dụng vào khung

V XÁC ĐỊNH HOẠT TẢI TÁC DỤNG VÀO KHUNG

1 Trường hợp hoạt tải 1

𝑷𝑪𝑰 = 𝑷𝑩𝑰 (daN)

Do tải trọng sàn truyền vào:

240 x 4,1 x 4,1/4 = 1008,6 (daN) 1008,6

𝑷𝑨𝑰 = 𝑷𝑩𝑰 (daN)

Do tải trọng sàn truyền vào:

360 x [4,1 + (4,1 - 2,4)] x 2,4/4 1252,8

18

Hình 7 Sơ đồ phân hoạt tải 1 tầng mái

HOẠT TẢI 1 – TẦNG MÁI

(daN)

19 Hình 8 Sơ đồ hoạt tải 1 tác dụng vào khung

20

2.Trường hợp hoạt tải 2

Hình 9 Sơ đồ phân hoạt tải 2 tầng 2,4

Hình 11 Sơ đồ phân hoạt tải 2 tầng mái

HOẠT TẢI 2 – TẦNG MÁI

24

VI XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG GIÓ

Công trình xây dựng tại XXX , thuộc vùng gió IIA , có áp lực gió đơn vị: Wo = 95

- 12 = 83 (daN/m2) Công trình được xây dựng trong thành phố bị che chắn mạnh nên có địa hình dạng C

Công trình cao dưới 40m nên ta chỉ xét đến tác dụng tĩnh của tải trọng gió Tải

trọng gió truyền lên khung sẽ được tính theo công thức:

Với qđ - áp lực gió đẩy tác dụng lên khung (daN/m)

qh - áp lực gió hút tác dụng lên khung (daN/m)

Tải trọng gió trên mái quy về lực tập trung đật ở đầu cột Sđ, Sh với k=0.75

hình dáng mái và các hệ số khi động trên mái tham khảo phụ lục 22

Tỷ số h1/L=(3,7 x 4)/(7 + 2,4) = 1,57

Nội suy có Ce1= -0.76 và Ce2= -0.67

Trị số S tính theo công thức:

26 Hình 14 SƠ ĐỒ GIÓ PHẢI TÁC DỤNG VÀO KHUNG

27 Hình 15 Sơ đồ phân tử dầm cột tác động vào khung

ẮT NỘI LỰC

M

TU

M MAX

Nm)

17.0

-608

5.05

-17

48.5

12

81.7

-778

20.8

-901

43.05

389

79.8

-516

78.75

-25 N(K

N)

659.

-831

67.0

-78

66.4

-17

43.5

69

43.6

-08

616.

-262

703.

-439

793.

-326

680.3

-94

759.

-448

819.2

-21

41.0

-264

82.08

577 N(K

N)

646.

-778

67.0

-78

66.4

-17

43.5

69

43.6

-08

690.

-386

603.

-209

780.

-273

746.3

-95

667.

-341

806.1

-1

67.5

292

68.3

-857

85.2

036

50.7

-436

82.42

256 N(K

N)

741.

-433

99.5

-04

109.

-11

13.9

-76

14.1

21

755.

-409

727.

-312

950.

-047

843.5

-65

826.

-923

941.7

Nm)

34.3

-068

10.8

-597

3.07

36

47.5

-187

42.0

-929

10.60

509

86.8

-412

84.07

-5 N(K

N)

728.

-38

99.5

-04

109.

-11

13.9

-76

14.1

21

714.

-259

742.

-356

936.

-994

813.8

-7

830.

-512

928.7

Nm)

0.54

98

0.04

-53

7.16

28

6.06

-843

6.718

49 N(K

N)

115.

-54

26.1

-67

33.0

-61

29.5

-93

29.4

87

145.

-133

86.0

-53

174.

-768

171.9

-29

112.

-552

195.4

Nm)

0.93

-0.17

48

0.55

6.23

1.30

-4.839

32

7.04

6.883

8 M(K

Nm)

61.8

-489

10.8

-21

4.00

-94

28.8

206

28.2

-03 -

90.0

-519

76.6

-793 -

100.

-579

100.5

-79 N(K

N)

471.

-318

34.6

-02

66.5

-15

23.6

67

23.7

-03 -

495.

-021

572.

-435 -

583.

-656

583.6

N)

460.

-342

34.6

-02

66.5

-15

23.6

67

23.7

-03

484.

-045 -

561.

-459

572.6

-8 -

572.6

N)

528.

-878

64.5

-57

91.3

-52

6.45

-7

6.59

1

535.

-335 -

684.

-787

675.0

-07 -

675.0

4,5,6,

7 M(K

Nm)

60.0

-881

0.86

-38

13.4

-492

38.4

-266

37.8

471 -

98.5

-147

74.4

-011 -

107.

-554

107.5

-54 N(K

N)

517.

-902

64.5

-57

91.3

-52

6.45

-7

6.59

1 -

524.

-359

673.

-811 -

664.

-031

664.0

-86

7.86

3

3.91

-899

7.967

79 N(K

N)

94.8

-78

27.7

-79

15.6

-01

17.2

-09

17.1

12

112.

-087

77.7

-66

138.

-258

149.4

-08

104.

-478

149.4

4,5,6,

7 M(K

Nm)

2.40

-02

0.67

-85

0.14

-93

5.76

-04

3.22

-8

2.652

31

8.32

-94

8.329

-4 N(K

N)

90.0

-49

27.7

-79

15.6

-01

17.2

-09

17.1

12

72.9

-37

107.

-258

133.

-429

88.68

-91

144.

-579

144.5

-79

11 I/I

4,5,6 ,8

4,5,6,

8

N)

284.

-218

34.6

-21

33.9

-61

9.29

3

9.33

-5 -

293.

-553

352.

-8 -

354.

-343

354.3

N)

275.

-438

34.6

-21

33.9

-61

9.29

3

9.33

-5

284.

-773 -

344.

-02

345.5

-63 -

345.5

N)

321.

-83

47.3

-59

56.6

-67

1.94

-8

2.10

8

323.

-778 -

425.

-856

417.2

-07 -

417.2

Nm)

39.4

-098

8.32

-03

0.44

01

22.1

-19

21.3

946 -

61.5

-288

47.2

-9 -

66.8

-052

66.40

-91 N(K

N)

313.

-05

47.3

-59

56.6

-67

1.94

-8

2.10

8 -

314.

-998

417.

-076 -

357.

-426

408.4

-13

7.68

63

1.96

-006

8.107

68 N(K

N)

72.3

-62

9.83

-7

17.0

-28

7.34

-5

7.22

7

79.7

-07

65.1

-35

99.2

-27

103.1

-51

81.1

-829

103.1

4,5,6,

7 M(K

Nm)

2.94

-01

0.08

-39

1.00

-56

4.88

-88

4.02

-96

1.395

2

8.32

-048

8.320

-48 N(K

N)

67.5

-32

9.83

-7

17.0

-28

7.34

-5

7.22

7

60.3

-05

74.8

-77

94.3

-97

69.88

-1

98.3

-21

98.32

4,5,6,

8 M(K

Nm)

46.8

-923

8.72

-8

5.82

-38

8.76

81

8.05

-22 -

61.4

-441

61.4

-441 -

67.2

-359

67.23

-59 N(K

N)

99.4

-84

2.29

-2

33.7

-31

1.62

6

1.66

-4 -

135.

-507

135.

-507 -

133.

-402

133.4

-02 II/I

31

N(K

N)

90.7

-03

2.29

-2

33.7

-31

1.62

6

1.66

-4

126.

-726 -

126.

-726

124.6

-21 -

124.6

N)

116.

-31

11.8

-2

41.0

-141 -

169.

-141

163.7

-26 -

163.8

-037

1.17

-88

18.6

-848

7.85

-63

7.47

46 -

64.2

-673

64.2

-673 -

69.3

-516

62.28

-09 N(K

N)

107.

-529

11.8

-2

41.0

-36

160.

-36 -

154.

-945

155.0

N)

50.3

-44

11.8

-93

2.20

7

1.77

-3

1.64

9

52.1

-17 -

62.2

-37

60.65

-71 -

62.64

-03

1.04

-78

0.17

-63

1.96

-84

1.92

93 -

5.82

-87

4.90

-81 -

6.73

-355

6.574

-88 N(K

N)

45.5

-14

11.8

-93

2.20

7

1.77

-3

1.64

9 -

47.2

-87

57.4

-07 -

55.8

-271

57.81

X

M MIN

M TU

TU

Q MAX

-513

22.1

-202

1.69

-73

69.9

142

69.9

-65

-886

22.5

-85

1.69

-73

19.9

03

19.9

-55 II/I

-93

2.04

54

2.10

-346

25.0

-492

2.36

-14

65.8

-741

4.01

-26

1.39

-82

18.7

112

18.6

-856

7.037

1

30.3

-597

30.35

-97

3.907

6

33.36

-09

33.36

-98

1.61

-2

5.37

-5

12.3

84

12.3

-2

4.689

-9

28.42

-29

28.42

-29 II/I

-11

2.00

-95

1.672

1

4.90

-06

4.900

-6

4.137

01

6.377

-69

3.583

-1

1.61

-2

0.10

-1

12.3

84

12.3

-5

7.533

7

16.10

-84

16.19

-93 III/

-69

0.00

13

1.14

-79

12.1

-318

15.03

-18

8.008

12

14.85

-24

14.85

-74

8.418

-001

3.21

-88

20.7

-932

50.4

911

50.4

-76 II/I

-579

3.35

-21

23.1

-922

47.5

-88

0.38

-17

4.05

-27

13.9

807

14.0

-209

6.841

9

21.1

-597

21.15

-97

5.100

3

23.74

-86

23.74

-8

9.86

5

9.88

-6

3.754

-3

22.81

-54

22.81

-54 II/I

-22

3.52

01

2.27

-54

1.69

92

1.71

-32

2.987

9

2.80

-76

2.245

-4

4.165

17

4.121

-94

4.121

-3

0.38

2

1.42

-8

9.86

5

9.88

-6

0.371

-56

10.93

-56 III/

-43

1.33

-36

0.49

-82

10.5

-466

15.84

-66

3.822

37

16.43

-7

15.98

-8

9.86

5

9.88

-6

3.162

-363

17.7

-469

5.85

-85

27.2

061

27.1

-378

22.4

-38

0.22

-9

7.66

7

7.67

-82 II/I

-6

1.06

28

1.04

-9

7.66

7

7.67

-712

21.6

-811

4.29

-35

25.0

-57

-9

7.66

7

7.67

-16

5.48

-8

2.05

-6

3.59

-9

5.57

2

5.57

-77 II/I

-44

2.92

-75

2.057

8

5.24

-76

2.681

-9

1.921

8

5.277

-03

5.277

-1

2.05

-5.271

3

8.121

-6

8.121

-6 III/

-6

0.36

-33

2.08

-09

6.60

-369

8.516

-774

1.65

-55

20.9

-359

5.67

96

6.05

-81.69

22

81.74

-62 II/I

-166

2.06

-22

30.2

-128

0.88

-34

11.5

-29

2.44

63

2.17

-35

-2

4.62

17

5.85

-26

0.23

89

0.12

-4

3.819

7

6.65

-46

6.654

-6

3.572

54

6.180

-94

6.180

-4

0.06

6

4.55

-9

1.77

3

1.64

-9

3.288

-7.913

1.698

-9

8.941

-2

8.941

-2 III/

-03

1.04

-78

0.17

-63

1.96

-9

1.77

3

1.64

a.Tính toán cốt thép dọc cho dầm tầng 2, nhịp BC, phần tử 4(bxh= 22x65)

Từ bảng tổ hợp nội lực ta chọn ra nội lực nguy hiểm nhất cho dầm:

+Tính cốt thép cho gối B và C ( mô men âm):

Tính theo tiết diện chữ nhật bxh = 22 x 65

+Tính cốt thép cho nhịp BC( mô men dương)

Tính theo tiết diện chữ T có cánh nằm trong vùng nén với h’f=10(cm)

Giả thiết a= 4 cm ; ho=65-4=61(cm)

Giá trị độ vươn của cánh Sclấy bé hơn trị số sau

- Một nửa khoảng cách thong thủy giữa các sườn dọc

37

+Gối B: MB= -33,4

+Gối A: MA= -15,03

+Mô mên dương lớn nhất M=9,22

+Tính thép cho gối B( mô men âm )

Tính theo tiết diện bxh=22x35

Giả thiết a=4cm

+Tính thép cho gối A( mô men âm)

Tính theo tiết diện chữ nhật bxh= 22x35 (cm)

Tại gối A, với M= 15,03(kN.m)

22X65 250X65

0,243 0,015

0,858 0,992

11,5 7,09

0,86 0,53 Dầm 14 gối B, gối C

nhịp BC

139,1 132,4

22X65 250X65

0,199 0,016

0,887 0,991

9,18 7,82

0,68 0,58 Dầm 19 gối B, gối C

nhịp BC

90,5 87,2

22X50 250X50

0,228 0,019

0,868 0,99

8,09 6,84

0,8 0,68

e.Chọn cốt thép dọc cho dầm

Chọn cốt thép dầm phải lưu ý đến việc phối hợp thép dầm cho các nhịp liền kề nhau

39

Bố trí cốt thép dọc cho dầm tầng 4 và dầm tầng mái

40

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

a.Tính toán cốt đai cho phần tử dầm 4( tầng 2, nhịp BC): bxh=22X65

+Từ bảng tổ hợp nội lực ta chọn ra lực cắt nguy hiểm nhất cho dầm

Rsw= 175(Mpa) =1750(daN/cm2); Es= 2,1.105(Mpa)

+Dầm chịu tải trọng tính toán phân bố đều với

1 01

g g g 2971,3 + 0,22.0,65.2500.1.1 = 3364,6(daN/m)=33,65(daN/cm) (Với go trọng lượng bản thân dầm 4)

Dầm đủ khả năng chịu ứng suất nén chính

+Kiểm tra sự cần thiết phải đặt cốt đai

Bỏ qua ảnh hưởng của lực dọc trục nên n  0

3; 50𝑐𝑚) = 21,7(𝑐𝑚) +Giá trị smax:

42

Dầm đủ khả năng chịu ứng suất nén chính

b.Tính toán cốt đai cho phần tử dầm 9, 14, 19 : bxh=22x60 cm

Ta thấy trong các dầm có kích thước bxh=22X65 thì dầm 4 có lực cắt lớn nhất Q= 14407(daN), dầm 4 được dặt cốt đai theo cấu tạo 6a 200 chọn cốt đai theo 6a

200 cho toàn bộ các dầm có kích thước bxh= 22X65cm khác

c.Tính toán cốt đai cho phần tử dầm 5( tầng 2, nhịp AB): bxh=22x35

+Từ bảng tổ hợp nội lực ta chọn ra lực cắt nguy hiểm nhất cho dầm

Qmax= 28,4 (kN)

+Dầm chịu tải trọng tính toán phân bố đều với

g = go+go2=500,8 +0,22.0,35.2500.1,1=712,6(daN/m)= 7,126(daN/cm)

(Với go2 trọng lượng bản thân dầm 5)

dầm đủ khả năng chịu ứng suất nén chính

+Kiểm tra sự cần thiết phải đặt cốt đai bỏ qua ảnh hưởng lực dọc trục nênn  0

Dầm đủ khả năng chịu ứng suất nén chính

d.Tính toán cốt đai cho phần tử dầm 10,15,20: bxh= 22x35cm

Tương tự như tính toán dầm 5 ta bố trí thép đai  6a150 cho các dầm phần tử 10,

Chiều dài tính toán l0=0.7H=0.7 4,4= 3,08(m)=308(cm)

Giả thiết a=a’=4cm → h0=h-a=50-4 =46(cm)

Za=h0-a=46-4=42(cm)

Độ mảnh λh=l0/h= 308/50= 6,16<8

→bỏ qua độ ảnh hưởng của uốn dọc η=1

Độ lệch tâm ngẫu nhiên

44

Ea=max( 1

600𝐻,301 ℎ𝑐)=max(6001 440,301 50) = 1,7(𝑐𝑚)

Nội lực được chọn từ bảng tổ hợp nội lực và được ghi chi tiết ở bảng 6

Bảng 6.Nội lực và độ lệch tâm của cột 2

hợp

Đặc điểm của cặp nội lực

M (kN.m)

N (KN)

e1=M/N (cm)

ea(cm)

E0=max(e1,ea) (cm)

M,N lớn

86,84 22,09 82,4

830,5

950 941,8

10,46 2,33 8,75

1,7 1,7 1,7

10,46 2,33 8,75

+Xảy ra trường hợp x > ξRh0 nén lệch tâm bé

+Xác định lại x theo một trong các cách sau: