Khung BTCT full 21-3-2018

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI Chủ biên TS ĐẶNG VŨ HIỆP THIẾT KẾ KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP TỒN KHỐI HÀ NỘI- 2018 LỜI NĨI ĐẦU Cuốn sách “Thiết kế khung bê tơng cốt thép tồn khối“ biên soạn dành cho sinh viên chuyên ngành xây dựng dân dụng Cuốn sách bao gồm chương, tập trung vào nội dung như: lập mặt kết cấu cơng trình, lập sơ đồ tính khung, xác định tải trọng tác dụng lên khung, tổ hợp lựa chọn nội lực, tính tốn cốt thép cho cấu kiện khung, bố trí cốt thép khung, cách trình bày vẽ Ngồi ra, sách cung cấp phương pháp phân tích nội lực khung có kể tới hình thành khớp dẻo dầm có nội dung chuyên sâu Tác giả trân trọng cảm ơn sâu sắc tới Trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội, cảm ơn giảng viên Bộ môn “Kết cấu bê tông cốt thép gạch đá“ đặc biệt Thầy Cơ giáo có nhiều kinh nghiệm PGS TS Nguyễn Ngọc Phương, TS Phạm Phú Tình, TS Vũ Thanh Thủy, ThS Đỗ Trường Giang đóng góp nhiều ý kiến quý báu trình biên soạn Cảm ơn đồng nghiệp trường PGS.TS Nguyễn Xuân Huy, PGS.TS Vũ Hoàng Hưng động viên, khuyến khích góp ý cho thảo Tác giả gửi lời cảm ơn đặc biệt tới gia đình ủng hộ mặt tinh thần trình biên soạn sách Mặc dù tài liệu sử dụng cho giảng dạy hướng dẫn trình biên soạn chắn cịn nhiều thiếu sót, tác giả mong muốn nhận nhiều ý kiến đóng góp, xây dựng bạn đọc để hồn chỉnh nội dung tốt Tác giả MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH VẼ PHẦN MỘT 11 HƯỚNG DẪN CHUNG 11 I MỤC TIÊU CỦA ĐỒ ÁN 11 II NHIỆM VỤ CỦA ĐỒ ÁN 11 III HƯỚNG DẪN PHƯƠNG PHÁP LÀM ĐỒ ÁN 12 TRANG NÀY ĐỂ TRẮNG 14 PHẦN HAI 15 HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ KHUNG 15 CHƯƠNG 15 HỆ KẾT CẤU KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP 15 1.1 Giới thiệu 15 1.2 Lập mặt kết cấu sàn 15 1.3 Hình thức kết cấu khung bê tơng cốt thép toàn khối 16 1.4 Các bước thiết kế khung bê tông cốt thép 18 CHƯƠNG 22 LẬP SƠ ĐỒ TÍNH KHUNG 22 2.1 Giới thiệu 22 2.2 Các giả thiết đơn giản hóa 22 2.3 Sơ đồ khung phẳng 24 2.4 Sơ đồ khung không gian 26 CHƯƠNG 27 XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG 27 3.1 Giới thiệu 27 3.2 Tải trọng đơn vị 27 3.3 Tải trọng tác dụng lên khung phẳng 33 CHƯƠNG 42 XÁC ĐỊNH NỘI LỰC VÀ TỔ HỢP NỘI LỰC 42 4.1 Giới thiệu 42 4.2 Xác định nội lực phần mềm tính tốn kết cấu 42 4.3 Một số phương pháp xác định sơ nội lực khung 49 4.4 Phân phối lại mô men cho khung 55 4.5 Tổ hợp nội lực lựa chọn nội lực cho thiết kế 56 CHƯƠNG 60 TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ CỐT THÉP CHO KHUNG 60 5.1 Giới thiệu 60 5.2 Thiết kế thép cho dầm khung 60 5.3 Thiết kế thép cho cột 73 5.4 Chỉ dẫn cấu tạo khung 87 CHƯƠNG 103 VÍ DỤ THỰC HÀNH 103 Ví dụ Thiết kế khung phẳng trường học 103 Giải pháp kết cấu lập mặt kết cấu 108 Lựa chọn vật liệu sơ kích thước cấu kiện 112 Tính tốn tải trọng khung trục 115 Xác định nội lực tổ hợp nội lực khung trục 144 Thiết kế thép khung trục 150 Thể vẽ 165 Phụ lục tính tốn 165 Ví dụ Thiết kế khung khơng gian chung cư 166 Giải pháp kết cấu lập mặt kết cấu 173 Lựa chọn vật liệu sơ kích thước cấu kiện 176 Tính tốn tải trọng tác dụng lên cơng trình 179 Xác định nội lực tổ hợp nội lực 184 Tính tốn cốt thép khung trục 196 Thể vẽ 210 Phụ lục tính tốn 210 CHƯƠNG 211 PHÂN TÍCH KHUNG CĨ KỂ ĐẾN SỰ PHÂN PHỐI LẠI MƠ MEN 211 DO HÌNH THÀNH KHỚP DẺO 211 7.1 Giới thiệu 211 7.2 Khớp dẻo 212 7.3 Phân phối lại mô men dầm 213 7.4 Ví dụ tính tốn 224 PHỤ LỤC 243 TÀI LIỆU THAM KHẢO 306 DANH MỤC BẢNG BIỂU MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH VẼ Bảng 1.1 Tải trọng sơ 1m2 sàn 20 Bảng 3.1 Trọng lượng riêng hệ số độ tin cậy số loại vật liệu xây dựng 28 Bảng 3.3 Tải trọng đơn vị sàn mái 30 Bảng 3.4.Tải trọng đơn vị mái 30 Bảng 3.5 Hoạt tải đứng đơn vị 31 Bảng 4.1 Bảng tổ hợp nội lực phần tử cột 58 Bảng 4.2 Bảng tổ hợp nội lực phần tử dầm 58 Bảng 5.1 Các hệ số để xác định chiều dài đoạn neo cốt thép 102 Bảng 6.1.Tải trọng đơn vị sàn phòng, hành lang 115 Bảng 6.2.Tải trọng đơn vị sàn vệ sinh 115 Bảng 6.3.Tải trọng đơn vị sàn mái 116 Bảng 6.4.Tải trọng đơn vị sàn công xôn 116 Bảng 6.5.Tải trọng tường xây 220mm 116 Bảng 6.6.Tải trọng tường xây 110mm 117 Bảng 6.7.Tải trọng tường thu hồi 110mm 117 Bảng 6.8.Hoạt tải sàn đơn vị 118 Bảng 6.9.Tĩnh tải phân bố sàn tầng khung trục 119 Bảng 6.10.Tĩnh tải tập trung sàn tầng lên khung trục 121 Bảng 6.11.Tĩnh tải phân bố sàn tầng 3,4,5,6 khung trục 123 Bảng 6.12.Tĩnh tải tập trung sàn tầng 3,4,5,6 lên khung trục 125 Bảng 6.13.Tĩnh tải phân bố sàn tầng mái khung trục 127 Bảng 6.14.Tĩnh tải tập trung sàn tầng mái khung trục 128 Bảng 6.15 Hoạt tải phân bố phương án 1, tầng 2,4,6 132 Bảng 6.16 Hoạt tải phân bố phương án 1, tầng 3,5 mái 134 Bảng 6.17 Hoạt tải tập trung sàn tầng 2,4,6 135 Bảng 6.18 Hoạt tải tập trung sàn tầng 3,5,mái 137 Bảng 6.19 Tải trọng gió phân bố tác dụng lên khung 142 Bảng 6.20 Tổ hợp nội lực phần tử cột tầng 1, đơn vị: kN , m 148 Bảng 6.21 Tổ hợp nội lực phần tử dầm tầng 1, đơn vị: kN , m 149 Bảng 6.22 Kết tính thép cho dầm khung, vị trí tầng tầng 162 Bảng 6.23 Kết tính thép cho cột khung, vị trí tầng tầng 163 Bảng 6.24 Tải trọng sàn đơn vị lớp hoàn thiện 180 Bảng 6.25 Tải trọng tường xây 181 Bảng 6.26 Hoại tải sàn đơn vị 182 Bảng 6.27 Tải trọng gió phân bố tác dụng mức sàn 183 Bảng 6.28 Nội lực tổ hợp nội lực cột tầng thuộc khung trục 3-đơn vị kN , m 192 Bảng 6.29 Nội lực tổ hợp nội lực dầm tầng thuộc khung trục 3- kN , m 195 Bảng 6.30 Kết tính cốt thép cho phần tử cột thuộc khung trục 204 Bảng 6.31 Kết tính cốt thép cho phần tử dầm thuộc khung trục 205 Bảng 7.1 Kết phân tích đàn hồi 227 Bảng 7.2 Kết tính tốn số k 230 Bảng 7.3 Kết phân tích sau giải phóng phần liên kết đầu phải dầm tầng với k=153798 kN.m2 (phần tử 34) 232 Bảng 7.4 Bảng tính tốn cốt thép vịng dầm tầng (phần tử 34) 233 Bảng 7.5 Bảng tính mơ men giới hạn Mu, góc xoay giới hạn ψu, ψy cho tiết diện đầu phải dầm (vòng 1) 234 Bảng 7.6 Kết tính tốn số k (vịng 1) 234 Bảng 7.7 Kết phân tích sau giải phóng phần liên kết đầu phải dầm tầng vòng với k = 182598 kN.m2 (phần tử 34) 236 Bảng 7.8 Bảng tính mơ men giới hạn Mu, góc xoay giới hạn ψu, ψy cho tiết diện đầu phải dầm 237 Bảng 7.9 Kết tính tốn số k 238 Bảng 7.10 Kết phân tích sau giải phóng phần liên kết đầu phải dầm tầng 2(phần tử 34) với k = 272110 kN.m2 240 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Ví dụ cho phương án mặt kết cấu 16 Hình 1.2 Một vài kiểu khung tầng, nhịp 17 Hình 1.3 Một vài kiểu khung nhà thi đấu 17 Hình 1.4 a) Chuyển vị ngang lớn gây hư hỏng phận; b) Giải pháp hạn chế chuyển vị ngang 17 Hình 1.5 Khung nhiều nhịp, nhiều tầng: a) Khung cứng; b) Khung có giằng chéo 18 Trong khung cứng, nội lực phát sinh thay đổi nhiệt độ, co ngót lún lệch móng đáng kể, nhiều trường hợp cần phải xem xét 18 Hình 1.6 Các bước thiết kế kết cấu khung bê tơng cốt thép tồn khối 19 Hình 1.7 Xác định diện chịu tải sơ cột B-2 20 Hình 2.1 Khung bê tơng cốt thép: a) Sơ đồ hình học; b) Sơ đồ tính 23 Hình 2.3 Đơn giản hóa phân tích khung phẳng: a) khung đầy đủ; b) khung phân nhỏ 25 Hình 3.1.Cấu tạo lớp sàn phòng, hành lang 29 Bảng 3.2.Tải trọng đơn vị sàn phòng, hành lang 29 Hình 3.2 Cấu tạo lớp sàn mái 29 Hình 3.3.Cấu tạo lớp mái 30 Hình 3.5 Mặt tryền tĩnh tải sàn kê bốn cạnh vào dầm khung trục 34 Hình 3.7 Mặt truyền tĩnh tải gây tải tập trung vị trí tải tập trung khung trục (a); Tải trọng gây lực tập trung GC (b); Tải trọng gây lực tập trung GCB (c) 36 Hình 3.9 Mặt truyền tải hoạt tải sàn vào dầm khung trục 38 Hình 3.10 Mặt truyền hoạt tải gây tải tập trung vị trí tải tập trung khung trục 38 Hình 3.11 Một quan niệm xác định tải trọng gió tập trung cho mái dốc hai phía 40 Hình 3.12 Sơ đồ tác dụng hoạt tải gió 41 Hình 4.1 Hai phương án xếp hoạt tải đứng lên khung phẳng 45 Hình 4.2 Vị trí hoạt tải khung để có mơ men nguy hiểm 46 Hình 4.3 Hai phương án xếp hoạt tải đứng lên khung không gian [26] 47 Hình 4.6 Biến dạng biểu đồ mômen dầm 49 Hình 4.7 Sơ đồ tính mơ men gần cho dầm 50 Hình 4.8.Phân phối mơmen cho cột biên 51 Hình 4.9 Phân phối mơmen cho cột 51 (vị trí điểm uốn đánh dấu tròn) 52 Hình 4.12 Phân tích khung phương pháp khung cổng (PM) 53 Hình 4.13 Khung chịu tải ngang a); Cân phần khung cắt mặt cắt A-A ứng suất cột b) 55 Hình 5.1 Sơ đồ xác định chiều dài vùng giật đứt 69 Hình 5.2 Hình dạng biểu đồ tương tác  N , M tu  77 Hình 5.3 Đường cong tương tác (ex , e y ) cho tiết diện chữ nhật chịu nén lệch tâm xiên, lực nén không đổi 78 Hình 5.4 Quy đổi tính tốn nén lệch tâm xiên nén lệch tâm phẳng [18] 79 Hình 5.5 Một số quy định bố trí cốt thép dọc tiết diện dầm 87 Hình 5.6 Chỉ dẫn cắt thép dọc dầm liên tục theo AS3600:1994 [15] 88 Hình 5.7 Chỉ dẫn cắt thép dọc dầm liên tục theo BS8110-1:1997 [18] 89 Hình 5.8 Chỉ dẫn cắt thép dọc dầm liên tục dựa theo ACI 318-2011 (theo [27]) 90 Hình 5.9 Một số trường hợp bố trí cốt thép tiết diện ngang cột 91 Hình 5.10 Một số trường hợp bố trí cốt thép dọc theo chiều dài cột (Tham khảo [30]) 92 Hình 5.11 Phân bố ứng suất vết nứt nút khung đóng 93 Hình 5.12 Cấu tạo nút góc khung tầng mái 95 Hình 5.13 Phân bố ứng suất vết nứt nút khung mở 96 Hình 5.14 Cấu tạo nút khung tầng mái 96 Hình 5.15 Cấu tạo nút biên khung tầng trung gian 97 Hình 5.16 Cấu tạo nút khung tầng trung gian 99 Hình 5.17 Cấu tạo nút khung liên kết cột với móng 100 Hình 5.18 Cấu tạo nút khung gãy khúc 101 Hình 6.1 Các mặt kiến trúc cơng trình 106 Hình 6.2 Các mặt cắt ngang cơng trình 107 Hình 6.3 Các mặt kết cấu cơng trình 111 Hình 6.5 Mặt tĩnh tải sàn tầng truyền lên khung (tải phân bố) 119 Hình 6.6 Mặt tĩnh tải sàn tầng truyền lên khung (tải tập trung) 121 Hình 6.7 Mặt tĩnh tải sàn tầng 3,4,5,6 truyền lên khung (tải phân bố) 123 Hình 6.8 Mặt tĩnh tải sàn tầng 3,4,5,6 truyền lên khung (tải tập trung) 124 Hình 6.9 Mặt tĩnh tải sàn tầng mái truyền lên khung (tải phân bố) 126 Hình 6.10 Mặt truyền tĩnh tải sàn tầng mái truyền lên khung (tải tập trung) 128 Hình 6.11 Sơ đồ tĩnh tải tác dụng lên khung trục 131 Hình 6.12 Mặt hoạt tải phương án truyền lên khung (tải phân bố) tầng 2,4,6 132 Hình 6.13 Mặt hoạt tải phương án truyền lên khung (tải phân bố) tầng 3,5 (a) mái (b) 134 Hình 6.14 Mặt hoạt tải sàn tầng 2,4,6 truyền lên khung (tải tập trung) 135 Hình 6.15 Mặt hoạt tải truyền lên khung (tải tập trung) tầng 3,5 (a) mái (b) 137 Hình 6.16 Sơ đồ hoạt tải phương án I tác dụng lên khung 139 Hình 6.17 Sơ đồ hoạt tải phương án II tác dụng lên khung 141 Hình 6.18 Sơ đồ tải trọng gió trái tác dụng lên khung 143 Hình 6.19 Sơ đồ tải trọng gió phải tác dụng lên khung 144 Hình 6.20 Sơ đồ phần tử khung 146 Hình 6.22.Biểu đồ tương tác (BĐTT) cho phần tử cột 250  500 , tầng 153 Hình 6.23 Mặt mặt cắt cơng trình 172 Hình 6.24 Mặt kết cấu cơng trình 175 Hình 6.25 Mơ hình mặt sàn tầng điển hình ETABS 185 Hình 6.26 Sơ đồ khung trục ETABS 186 Hình 6.27 Sơ đồ khung trục ETABS 187 Hình 6.28 Sơ đồ khung trục B ETABS 187 Hình 6.29 Sơ đồ khơng gian cơng trình ETABS 188 Hình 6.30 Sơ đồ tải trọng gió tĩnh ETABS: a,b) gió dương âm theo trục X; c,d) gió dương âm theo trục Y 188 Hình 6.31 Sơ đồ phần tử khung trục ETABS 189 Hình 6.32 Biểu đồ bao mơ men M3 (My) khung trục 190 Hình 6.33 Biểu đồ bao mơ men M2 (Mx) khung trục 191 Hình 7.1 Minh họa khớp dẻo dầm 212 Hình 7.2 Khớp dẻo mô men dầm liên tục hai nhịp 213 Hình 7.3.Lý tưởng hóa quan hệ mơ men-độ cong 214 Hình 7.4.Sự biến đổi mơ men uốn tải trọng tăng 216 Hình 7.5 a)Khớp dẻo đầu dầm khung; 220 b)Hằng số k , biểu thị khả xoay chịu mơ men khớp dẻo 220 Hình 7.6.Nội lực dầm chịu uốn chữ nhật đặt cốt kép 221 Hình 7.7 Khung nhịp tầng 225 Hình 7.8 Biểu đồ mơ men phân tích theo lý thuyết đàn hồi, đơn vị T.m, (a) Tĩnh tải; (b) Hoạt tải; (c) Gió trái; (d) Gió phải 226 Hình 7.9 Hằng số lò xo k tiết diện đầu phải dầm 231 Hình 7.10 Biểu đồ mơ men sau giải phóng phần liên kết đầu phải dầm, đơn vị T.m;(a) Tĩnh tải; (b) Hoạt tải; (c )Gió trái; (d) Gió phải 232 Hình 7.11 Biểu đồ mơ men sau giải phóng phần liên kết đầu phải dầm vòng 1, đơn vị T.m; (a) Tĩnh tải; (b) Hoạt tải; (c )Gió trái; (d) Gió phải 236 Hình 7.12 Biểu đồ mơ men sau giải phóng phần liên kết đầu phải dầm, đơn vị T.m; (a) Tĩnh tải; (b) Hoạt tải; (c )Gió trái; (d) Gió phải 240 Hình 7.13 Biểu đồ mơ men trước sau phân phối 242 10 ... tách khung ngang thành khung phẳng để tính tốn độc lập (xem hình 2.2) a) b) Hình 2.2 Đơn giản hóa sơ đồ tính khung: a) Sơ đồ khung không gian; b) Sơ đồ khung phẳng Trong trường hợp kết cấu khung. .. ngang tạo thành khung ngang hệ thống cột dầm theo phương dọc tạo thành khung dọc nhà Tùy theo cách bố trí hệ kết cấu chịu lực mà ta phân sơ đồ kết cấu khung thành khung không gian khung phẳng Trong... giản hóa việc tính tốn theo sơ đồ khung khơng gian thành sơ đồ khung phẳng Chẳng hạn với kết cấu khung (hệ khung chịu toàn tải trọng đứng tải trọng ngang), số lượng khung theo phương dọc lớn so với