Tính toán khung bê tông cốt thép (khung không gian)

CHƯƠNG 7 KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP TOÀN KHỐI Hình 7.1.. 7.1 KẾT CẤU KHUNG, CHỌN SƠ ĐỒ TÍNH 7.1.1 Phân tích kết cấu khung Kết cấu chịu lực thẳng đứng cột và vách có vai trò rất lớn trong

Trang 1

CHƯƠNG 7

KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP TOÀN KHỐI

Hình 7.1 Sơ đồ kết cấu không gian

7.1 KẾT CẤU KHUNG, CHỌN SƠ ĐỒ TÍNH

7.1.1 Phân tích kết cấu khung

Kết cấu chịu lực thẳng đứng (cột và vách) có vai trò rất lớn trong kết cấu nhà cao tầng quyết định gần như toàn bộ giải pháp kết cấu Trong nhà cao tầng, kết cấu chịu lực thẳng đứng có vai trò:

- Cùng với dầm, sàn, tạo thành hệ khung cứng, nâng đỡ các phần không chịu lực của công trình, tạo nên không gian bên trong đáp ứng nhu cầu sử dụng

- Tiếp nhận tải trọng từ dầm, sàn để truyền xuống móng, xuống nền đất

Trang 2

CHƯƠNG 7: KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP TOÀN KHỐI

- Tiếp nhận tải trọng ngang tác dụng lên công trình (phân phối giữa các cột, vách và truyền xuống móng)

- Giữ vai trò trong ổn định tổng thể công trình, hạn chế dao động, chuyển vị

7.1.2 Giải pháp kết cấu

Công trình có bước cột thay đổi từ 6m đến 7.6m Với bước cột lớn nhất là 7.6m, hệ kết cấu chịu lực hợp lý về kỹ thuật và kinh tế là hệ cột, vách, dầm, sàn bằng bê tông cốt thép đổ toàn khối

- Khối lượng riêng:  = 2500 daN/m3

- Cường độ chịu nén tính toán: Rb = 115 daN/cm2

- Cường độ chịu nén tính toán: Rk = 9 daN/cm2

- Môdul đàn hồi : Eb = 27104 daN/cm2

+ Cốt thép nhóm CII:

- Cường độ chịu nén tính toán: Rsc = 2800 daN/cm2

- Cường độ chịu kéo tính toán: Rs = 2800 daN/cm2

Môdul đàn hồi : Es = 21105 daN/cm2

+ Cốt thép nhóm CI:

- Cường độ chịu nén tính toán: Rsc = 2250 daN/cm2

- Cường độ chịu kéo tính toán: Rs = 2250 daN/cm2

- Môdul đàn hồi : Es = 21105 daN/cm2

Trang 3

7.3 XÁC ĐỊNH SƠ BỘ KÍCH THƯỚC TIẾT DIỆN

7.3.1 Xác định sơ bộ kích thước tiết diện dầm

− Chiều cao của dầm nắp được chọn sơ bộ theo công thức sau:

d d

m

h = 1

Trong đó: ld - nhịp dầm

md - hệ số phụ thuộc vào tính chất của khung và tải trọng

+ md = 8 ÷ 12 - đối với hệ dầm chính, khung một nhịp + md = 12 ÷ 16 - đối với hệ dầm chính, khung nhiều nhịp + md = 16 ÷ 20 - đối với hệ dầm phụ

− Bề rộng dầm nắp được chọn theo công thức sau:b d )h d

4

12

1( 

Trang 4

Bảng 7.1 Tiết diện dầm sơ bộ

Đoạn dầm Nhịp dầm (m) Bề rộng b (cm) Chiều cao h (cm)

7.3.2 Xác định sơ bộ kích thước tiết diện cột

Chọn sơ bộ kích thước tiết diện cột theo công thức sau:

Trang 5

R b : cấp độ bền chịu nén của bê tông B20: R b = 11,5 Mpa

N: tổng lực dọc công trình tác dụng tại chân cột (do chưa biết được nội lực

chính xác của cột, nên ta có thể ước lượng lực dọc này của cột bằng cách tính sơ bộ tải trọng tác dụng của dầm sàn rồi truyền vào cột theo nguyên tắc chia đôi)

Chú ý:

Tiết diện cột được tính là tiết diện của cột tầng gần móng nhất, ta tính dồn tải từng tầng đến chân cột, sau đó ta giảm tiết diện cột theo 2 tầng, mỗi tầng giảm 5cm hoặc 10cm

Để đơn giản thiết kế những cột có diện tích truyền tải gần bằng nhau có kích thước như nhau

Bởi vì đây là bước tính sơ bộ để có tiết diện nhập vào chương trình giải kết cấu nên độ chính xác chưa cao, sau khi giải kết cấu xong ta có được lực dọc chính xác ở các cột, tiến hành tính thép và điều chỉnh tiết diện (cho phù hợp hàm lượng) → sau đó nhập lại tiết diện vào chương trình giải kết cấu, tính lại thép đến khi thỏa Thông thường thì mức độ chênh lệch tiết diện ít, nên không cần phải giải lại kết cấu vì sai số không lớn

Hình 7.2 Sơ đồ truyền tải vào cột

+ Tính sơ bộ cột giữa :

- Diện tích truyền tải : S= 44 m2

- Trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo sàn và hoạt tải sàn :

Trang 6

7 42096 7 294672( )

tt

- Diện tích tiết diện ngang của cột được xác định theo :

Chọn sơ bộ tiết diện cột theo công thức sau: 1.3294672 3331

Chọn sơ bộ cột có tiết diện 50x50 = 2500 cm2

Cột biên tính tương tự ta chọn cột có tiết diện 40x40 cm

Bảng 7.2 Tiết diện cột sơ bộ

H

Tầng

Tên phần

tử

Ch.cao cột

Trang 7

7.4 TẢI TRỌNG TÁC DỤNG VÀO HỆ KHUNG DẦM SÀN

7.4.1 Tỉnh tải

7.4.1.1 Trọng lượng bản thân cột, dầm, sàn

Ta sẽ khai báo hệ số Self Weight Multiplier = 1.1 trong khai báo tĩnh tải để cho

phần mềm Etabs9 tự giải

7.4.1.2 Tỉnh tải các lớp hoàn thiện sàn các tầng

Bảng 7.3 Tĩnh tải tác dụng lên các ô bản sàn (không tính trọng lượng bản BTCT)

Lầu

Gạch Ceramic 200x200x10 2500 0.01 25 1.1 27.5 Vữa lót #50 dày 20 1600 0.02 32 1.3 41.6 Vữa trát trần #75 dày 15 1600 0.015 24 1.3 31.2

Tổng tĩnh tải sàn lầu g tt1 100.3 daN/m2

Vệ sinh

Gạch Ceramic nhám 200x200x10 2500 0.01 25 1.1 27.5 Vữa lót #50 dày 20 1600 0.02 32 1.3 41.6

Tổng tĩnh tải sàn mái, sê nô g tt4 90.4 daN/m 2

Ngoài ra còn có một số ô sàn chịu tải trọng tường tác dụng, được quy thành dạng phân

bố đều trên sàn và được trình bày ở phần 4.3.1 của chương 4

7.4.1.3 Tỉnh tải tường xây trên dầm

Sơ bộ xem dầm của tất cả các tầng có chiều cao là 50cm, khi đó tải trọng của tường phân bố trên dầm được tính theo công thức sau:

Trang 8

h d – chiều cao tiết diện dầm

Bảng 7.4 Tĩnh tải tường xây trên dầm

TẦNG H (m) q t 100

(daN/m)

q t 200 (daN/m)

q t kính (daN/m)

- Tải phân bố trên dầm sàn: 1851 daN/m

- Tải tập trung vào cột: 2231 daN

Trang 9

7.4.2 Hoạt tải

Bảng 7.5 Hoạt tải tác dụng lên các ô bản sàn

STT Không gian chức năng

Hoạt tải tiêu chuẩn (kg/m 2 )

Hệ số độ tin cậy

Hoạt tải tính toán (kg/m 2 )

Được trình bày ở mục 3.2.3 của chương 3

Bảng 7.6 Áp lực gió phân bố thành lực tập trung đặt tại tâm sàn

Fx (T)

Fy (T)

Thượng 3.9 22.95 1.1610 0.8 0.6 0.092506 0.0693794 19.55 21.2 10.29 11.15 Tầng 5 3.45 19.05 1.1227 0.8 0.6 0.089456 0.067092 19.55 21.2 11.25 12.20 Tầng 4 3.45 15.6 1.0830 0.8 0.6 0.086296 0.064722 19.55 21.2 10.19 11.05

Trang 10

Tầng trệt 1.5 1.5 0.7105 0.8 0.6 0.056614 0.0424606 19.55 21.2 5.23 5.67

7.4.4 Các trường hợp tải trọng

- Tĩnh tải (TT)

- Hoạt tải chất đầy (HTCĐ)

- Hoạt tải theo phương X cách nhịp lẻ (HT1)

- Hoạt tải theo phương X cách nhịp chẵn ( HT2)

- Hoạt tải theo phương Y cách nhịp lẻ (HT3)

- Hoạt tải theo phương Y cách nhịp chẵn (HT4)

- Hoạt tải liên tục theo phương X (HT5, HT6)

- Hoạt tải liên tục theo phương Y (HT7, HT8)

- Gió trái (GX)

- Gió phải (GXX)

- Gió trước (GY)

- Gió sau (GYY)

Trang 12

49 TH49: TT(1.0) + HTCĐ(0.9) + GYY(0.9)

• THBAO: Max/min [TH1(1.0) ÷ TH49(1.0)]

• Các giá trị tĩnh tải, hoạt tải tác dụng lên sàn được thể hiện như sau: (kg, m)

Hình 7.3 Tỉnh tải các lớp hoàn thiện sàn tầng điển hình (TT)

Hình 7.4 Hoạt tải chất đầy sàn tầng điển hình (HTCD)

Trang 13

Hình 7.5 Hoạt tải cách nhịp lẻ phương X (HT1)

Hình 7.6 Hoạt tải cách nhịp chẳn phương X (HT2)

Trang 14

Hình 7.7 Hoạt tải cách nhịp lẻ phương Y (HT3)

Hình 7.8 Hoạt tải cách nhịp chẳn phương Y (HT4)

Trang 15

Hình 7.9 Hoạt tải hai nhịp liên tục phương X (HT5)

Hình 7.10 Hoạt tải hai nhịp liên tục phương X (HT6)

Trang 16

Hình 7.11 Hoạt tải hai nhịp liên tục phương Y (HT7)

Hình 7.12 Hoạt tải hai nhịp liên tục phương Y (HT8)

Trang 17

Hình 7.13 Hoạt tải gió trái (GX)

Hình 7.14 Hoạt tải gió phải (GXX)

Trang 18

Hình 7.15 Hoạt tải gió trước (GY)

Hình 7.16 Hoạt tải gió sau (GYY)

Trang 19

7.6 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ KHUNG TRỤC C

Hình 7.17 Biểu đồ bao momen khung trục C (T.m)

Trang 20

Hình 7.18 Biểu đồ bao lực cắt khung trục C (T)

Trang 21

Hình 7.19 Biểu đồ bao lực dọc khung trục C (T)

7.6.1 Tính toán dầm khung trục C

Chọn phần tử dầm B44 ( trục 2-3) của sàn tầng trệt để tính toán điển hình

Hình 7.20 Biểu đồ bao momen dầm B44 – tầng trệt (kg.cm)

Trang 22

Hình 7.21 Biểu đồ bao lực cắt dầm B44 – tầng trệt (kg)

Các giá trị nội lực:

Mgt = - 2477941 daN.cm (moment gối trái)

Mgp= - 2418798 daN.cm (moment gối phải)



2800

115623.0



= 2.56%

μmin = 0.1% < μ = 1.51% < μmax = 2.56%

Trang 23

=> hàm lượng cốt thép thỏa

Chọn chiều dày lớp bảo vệ phía dưới c = 2cm ở mặt bên là 2cm Khoảng hở giữa

2 hàng cốt thép theo phương đứng lấy bằng 3cm

+ Kiểm tra lớp bảo vệ:



2800

115623

μmin = 0.1% < μ = 0.61% < μmax = 2.56%

cm > 3 cm => thỏa khoảng thông thủy

• Tính thép cho gối phải: Mgp= - 2418798 daN.cm

Trang 24



2800

115623

μmin = 0.1% < μ = 1.51% < μmax = 2.56%

K0Rnbho = 0.351153054 = 65205 (daN) > Qmax = 14169 (daN)

+ Với bê tông có Mac < 400, k0 = 0.35

K1Rkbho = 0.693054 = 8748 (daN) < Qmax = 14169 (daN)

 Không thỏa điều kiện nên cần tính cốt đai

- Giả thuyết lớp bảo vệ cốt đai là a = 2 cm → ho= h - a = 60 – 2 = 58 cm

- ta có giá trị lực cắt lớn nhất ở vị trí gối là: Qmax = 14169 (kg)

Trang 25

b n bt sw sw tt

R

A R S

bt n b

sw sw

30916.0

565.017502

)1(

=



 Với: b3 =0.6:đối với bê tông nặng;

1021

E



3

1088.11030

565



07.11088.178.75

→thỏa điều kiện chịu nén

Kết luận: bố trí cốt đai 6, 2 nhánh, khoảng cách a = 100 cm cho đoạn ¼ ở 2 đầu dầm, đoạn ½ giữa dầm bố trí 6a200

Trang 26

7.6.1.3 Tính toán cốt treo

Tính đại diện tại vị trí dầm phụ B36, B40 giao với dầm chính B37 ở tầng 5

Ở chỗ dầm phụ liên kết với dầm chính cần phải gia cố cho dầm chính bằng các cốt thép treo dưới dạng các cốt đai đặt dày sát với dầm phụ hoặc cốt thép vai bò Các cốt treo này dùng để chịu tải trọng tập trung từ dầm phụ truyền vào cho dầm chính và đặt vào khoảng giữa chiều cao dầm từ 2 góc phía dưới của dầm phụ kẻ đường xiên

450 gặp cốt thép dọc của dầm chính sẽ xác định được Ss là phạm vi cần đặt cốt thép treo

Do Ss đủ lớn nên ta bố trí cốt treo dưới dạng cốt thép đai diện tích cốt thép treo

được tính theo công thức : (sách "Sàn sườn bê tông toàn khối – Nguyễn Đình Cống")

8731

51750

Trang 27

1 Dầm: B44.TRỆT

2 Vật liệu sử dụng 3 Kích thước tiết diện dầm:

- Bê tông: + Cấp độ bền: B20 - Bề rộng dầm: b (cm) = 30

+ Rbt,ser (MPa) = 1.4 - Chiều dài dầm: L (cm) = 760

5 Xác định độ cong đầu gối bên trái của dầm

Cốt thép trong vùng kéo Cốt thép trong vùng nén

Độ cong toàn phần: (1/r)l = 1/r1 - 1/r2 + 1/r3 = 4.8E-05

6 Xác định độ cong đầu gối bên phải của dầm

Trang 28

Độ cong toàn phần: (1/r)r = 1/r1 - 1/r2 + 1/r3 = 4.7E-05

6 Xác định độ cong ở giữa nhịp của dầm

Trang 29

Độ cong toàn phần: (1/r)m = 1/r1 - 1/r2 + 1/r3 = 2.4E-05

Độ võng của dầm được xác định theo công thức tính toán độ võng cho cấu kiện hai

1

2Ø25 1Ø25

1 4

2Ø12

2Ø25 300

2 2Ø20

3-3

3

1 2Ø25

2Ø12

2Ø25 300

4 1Ø25

Hình 7.22 Thép dầm B44 – tầng trệt

Trang 30

7.6.1.6 Kết quả tính toán thép dầm khung trục C

Bảng 7.7 Bảng tính thép dọc dầm khung trục C

b R s m  As tt%

Chọn thép

Trang 32

Trang 34

Trang 36

Trang 37

L

h

= = = < 8 Vậy ta không cần tính đến hệ số uốn dọc, =1

Độ lệch tâm tổng quát: e0 =max( ;e e1 a)

Độ lệch tâm ngẫu nhiên:

3900.65

1.8355

h e

M e N

N x

R h



Trang 38

Trong đó: b =0,85 là hệ số điều kiện làm việc của bê tông

o

L

h

3900.65

1.8355

h e

M e N

b b

N x

Trang 39

Ta có: 0

0

5.870.10755

o

L

h

3900.65

1.8355

h e

b b

N x

Trang 40

o

L

h

3900.65

1.8355

h e

b b

N x

e

h

Trang 41

  và đ 6 mm

+ Khoảng cách bố trí : trong khoảng cách nối thép a 100 mm hoặc ≤ min

10doc ; trong khoảng cách còn lại bố trí như sau:

- Để dễ thi công nên bố trí khoảng a = 150-200 mm

• Tính đại diện cho cột tầng trệt có số hiệu cột C10:

Trang 42

CHƯƠNG 7: KHUNG BÊ TƠNG CỐT THÉP TỒN KHỐI

Bố trí thép cột đại điện:

TẦNG TRỆT

TẦNG LỮNG

+ 0.000 + 3.900

Trang 43

Bảng 7.10 Bảng tính thép cột khung trục C

Tên phần

tử

Ch.cao cột

H

Lớp b.vệ a=a'

Trang 44

Trang 45

7.7 TÍNH TOÀN VÀ THIẾT KẾ KHUNG TRỤC 3

Hình 7.24 Biểu đồ bao momen khung trục 3 (T.m)

Trang 46

Hình 7.25 Biểu đồ bao lực cắt khung trục 3 (T)

Trang 47

Hình 7.26 Biểu đồ bao lực dọc khung trục C (T)

Trang 48

Trang 50

Trang 52

Trang 54

Trang 55

Tr-C23 192.44 6.98 7.62 181.45 192.44 1.44 6.96 168.22

Tính toán tương tự như phần “ Tính toán cột đại diện khung trục C “ đã nêu ở trên Ta

được kết quả bố trí thép cột khung trục 3 như sau:

Trang 56

Bảng 7.14 Bảng tính thép cột khung trục 3

Tên phần

tử

Ch.cao cột

H

Lớp b.vệ a=a'

Phương h chịu lực(mặc định tính với M3-3) Phương b chịu lực (mặc định tính với M2-2)

Định dạng
Số trang	57
Dung lượng	1,05 MB