Đồ án kết cấu bê tông cốt thép II

Nội dung: Thiết kế khung ngang truc 9 của một trường học với mặt bằng và mặt cắt như hình vẽ. Địa điểm xây dựng Dak Nông Cơ sở tính toán: Quy chuẩn xây dựng Việt Nam. TCVN 2737 – 1995: Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế. TCVN 5574 – 2012: Kết cấu bêtông và bêtông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế. Các tiêu chuẩn hiện hành có liên quan. Quy trình thực hiện kết cấu được thực hiện theo 7 bước sau: 1.Mô tả, giới thiệu kết cấu Kết cấu chịu lực là hệ khung BTCT đổ toàn khối có liên kết cứng tại nút, liên kết cột với móng được xem là ngàm tại mặt móng. Hệ khung chịu lực của công trình là một hệ không gian, có thể xem được tạo nên từ những khung phẳng làm việc theo hai phương vuông góc với nhau hoặc đan chéo nhau.Tính toán hệ khung được thực hiện theo sơ đồ khung phẳng theo phương cạnh ngắn của hệ công trình + hệ dầm dọc. Ta có tỉ số : Nội lực chủ yếu gây ra trong khung ngang vì độ cứng khung ngang nhỏ hơn nhiều lần độ cứng khung dọc. Vì thế tách riêng khung phẳng để tính nội lực : khung phẳng. Công trình khung BTCT toàn khối 3 tầng, 3 nhịp. để đơn giản tính toán, tách khung phẳng trục 9, bỏ qua sự tham gia chịu lực của hệ giằng móng và kết cấu tường bao che. Với kết cấu có chiều dài nhịp giữa là 8800(mm),ta có giải pháp bố trí thêm dầm phụ.Mục đích làm giảm kích thước ô bản,tăng khả năng chịu lực cho công trình.

Thuyết minh bê tông GVHD: Huỳnh Quốc Hùng THUYẾT MINH ĐỒ ÁN KẾT CẤU BÊ TÔNG II Nội dung: Thiết kế khung ngang truc trường học với mặt mặt cắt hình vẽ Địa điểm xây dựng Dak Nơng Cơ sở tính tốn: Quy chuẩn xây dựng Việt Nam TCVN 2737 – 1995: Tải trọng tác động – Tiêu chuẩn thiết kế TCVN 5574 – 2012: Kết cấu bêtông bêtông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế Các tiêu chuẩn hành có liên quan Quy trình thực kết cấu thực theo bước sau: 1.Mô tả, giới thiệu kết cấu Kết cấu chịu lực hệ khung BTCT đổ tồn khối có liên kết cứng nút, liên kết cột với móng xem ngàm mặt móng Hệ khung chịu lực cơng trình hệ khơng gian, xem tạo nên từ khung phẳng làm việc theo hai phương vng góc với đan chéo nhau.Tính tốn hệ khung thực theo sơ đồ khung phẳng theo phương cạnh ngắn hệ cơng trình + hệ dầm dọc L 34200 = = 2,5 > 1,5 Ta có tỉ số : B 13600 Nội lực chủ yếu gây khung ngang độ cứng khung ngang nhỏ nhiều lần độ cứng khung dọc Vì tách riêng khung phẳng để tính nội lực : khung phẳng Cơng trình khung BTCT toàn khối tầng, nhịp để đơn giản tính tốn, tách khung phẳng trục 9, bỏ qua tham gia chịu lực hệ giằng móng kết cấu tường bao che Với kết cấu có chiều dài nhịp 8800(mm),ta có giải pháp bố trí thêm dầm phụ.Mục đích làm giảm kích thước bản,tăng khả chịu lực cho cơng trình Mặt kết cấu dầm sàn bố trí hình vẽ: Thuyết minh bê tông GVHD: Huỳnh Quốc Hùng D1 D S2 D2 S2 C S1 S1 D3 K10 K9 K8 S1 S1 D4 B S3 S3 D5 A Sơ đồ kết cấu khung trục tầng 2,3 D6 D S6 D7 S6 C S5 S5 D8 K10 K9 K8 S5’ S5’ D9 B S4 S4 D10 A Sơ đồ kết câu khung tầng mái Thuyết minh bê tông GVHD: Huỳnh Quốc Hùng Chọn vật liệu sơ kích thước tiết diện 2.1 Chọn vật liệu Căn vào tác dụng tải trọng lên kết cấu lớn nên vật liệu sử dụng phải có khả chiụ lực tốt, bền vững theo thời gian, đồng thời phải dựa công nghệ sản xuất, khả cung ứng thị trường, điều kiện địa phương địa lý, mơi trường, khí hậu, … đồng thời, vật liệu chọn phải có tính chất lý tốt phù hợp với điều kiện làm việc kết cấu Từ đó, tiến hành chọn vật liệu sử dụng cách hợp lý, hiệu kinh tế Căn vào yêu cầu trên, ta tiến hành chọn vật liệu sử dụng sau: a Bêtơng -Dùng bêtơng có cấp độ bền B20( tương đương M250) -Khối lượng riêng: γ bt = 2500(daN / m3 ) ; R = 115( daN / cm ); b -Cường độ chịu nén tính tốn: -Cường độ chịu kéo tính tốn: Rbt = 9( daN / cm ) ; E = 2,7 × 10 ( daN / cm ) -Môđun đàn hồi: b Cốt thép -Thép AI: φ < 10(mm) + Cường độ chịu nén, kéo tính tốn: Rs = Rsc = 2250(daN / cm ) R = 1750( daN / cm ) s w + Cường độ chịu cắt tính tốn cốt ngang: + Mơđun đàn hồi: -Thép AIII: E = 2.1× 106 (daN / cm2 ) φ ≥ 10(mm) + Cường dộ chịu nén, kéo tính tốn: Rs = Rsw = 2800(daN / cm ) R = 2250( daN / cm ) s w + Cường độ chịu cắt tính tốn cốt ngang: + Mơđun đàn hồi: E = 2,1 × 106 (daN / cm ) Thuyết minh bê tông GVHD: Huỳnh Quốc Hùng 2.2 Chọn sơ kích thước tiết diện 2.2.1 Chọn chiều dày sàn Chiều dày sàn phụ thuộc vào tải trọng tác dụng lên sàn, vật liệu sử dụng, loại sàn, mục đích sử dụng, điều kiện mơi trường làm việc, kích thước nhịp số yếu tố khác l2 ≥2 l Xét tỉ số: : sàn dầm làm việc theo phương l2 l1 < : sàn kê cạnh làm việc theo phương Chiều dày sàn chọn dựa theo công thức: hb = D l1 ≥ h m Trong đó: +D = 0.8 ÷ 1.4 phụ thuộc vào tải trọng, tải trọng lớn lấy D lớn ngược lại + Bản loại dầm lấy m = 30 ÷ 35 + Bản kê cạnh lấy m = 40 ÷ 45 l + : Cạnh ngắn ô Chọn chiều dày cho sàn lớn có kích thước: Chọn D = 1, ⇒ hb = l1 × l2 = 3800 ì 4400mm m = 40 ữ 45 D l1 = 3800 = (95 ÷ 84,4) h = 100mm 40 ÷ 45 40 ÷ 45 chọn b Kết chọn kích thước cho thể bảng đây: Ơ sàn S1 S2 Cơng H.lan g P.học Kích thước L2 L1 L2/L Loại sàn BK BD m hs Hs chọn D 3800 2800 1,36 BK 40-45 70 - 62,2 100 4400 3800 1,16 BK 40-45 95 - 84,4 100 Thuyết minh bê tông S3 S4 S5 S6 H.lan g Sê nô Mái Sê nô 3800 2000 GVHD: Huỳnh Quốc Hùng 1,9 BK 40-45 50 – 44,4 100 3800 2800 1,36 4400 3800 1,16 3800 2000 1,9 BK BK BK 40-45 40-45 40-45 70 - 62,2 95 - 84,4 50 – 44,4 80 100 80 1 2.2.2 Chọn kích thước tiết diện dầm Tiết diện dầm khung phụ thuộc chủ yếu vào nhịp dầm,tải trọng đứng ngang,loại dầm chiều cao tầng,chiều cao nhà Theo kinh nghiệm tiết diện dầm chọn theo cơng thức: hd = k × l ; k = ÷ 1.3 m (với dầm phụ m = 12 ÷ 20 , dầm khung m = ÷ 15 ) bd = ( 0.3 ÷ 0.5) hd b1 Dầm khung trục Nhịp AB: Tầng 2,3, mái  1 hd =  ÷ ÷2800 = ( 178 ÷ 350 ) mm h = 30cm  15  ; Chọn d ⇒ bd = 20cm 20 × 30 ) cm ( Chọn kích thước tiết diện dầm nhịp AB cho tầng 2, 3, mái là: Nhịp BC: Tầng 2,3, mái  1 hd =  ÷ ÷× 8800 = ( 578 ÷ 1100 ) mm h = 60cm ⇒ bd = 20cm  15  ; Chọn d Chọn kích thước tiết diện dầm nhịp BC cho tầng 2, 3, mái là: Nhịp CD: Tầng 2,3, mái ( 20 × 60 ) cm2  1 hd = ữ ữ ì 2000 = ( 133 ÷ 250 ) mm h = 30cm ⇒ bd = 20cm  15  ; Chọn d Chọn kích thước tiết diện dầm nhịp CD cho tầng 2, 3, mái là: b1 Dầm dọc Trục A,B,C,D: Tầng 2,3, mái (dầm D1 đến D10) (20 × 30)cm 1 hd = ữ ữ ì 3800 = ( 190 ÷ 317 ) mm h = 30cm ⇒ bd = 20cm  20 12  , Chọn d Thuyết minh bê tông GVHD: Huỳnh Quốc Hùng 20 × 30 ) cm2 ( Chọn kích thước tiết diện dầm dọc tầng 2, 3, mái là: Kết chọn kích thước tiết diện dầm đỡ thể bảng đây: Dầm phụ Ld , m D1 3,8 D2 3,8 D3 3,8 D4 3,8 D5 3,8 D6 3,8 D7 3,8 D8 3,8 D8 3,8 D10 3,8 2.2.3 Chọn sơ tiết diện cột Tiết diện chọn Ld , mm 16 Ld , mm 12 hd , mm bd , mm 238 238 238 238 238 238 238 238 238 238 317 317 317 317 317 317 317 317 317 317 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 Kích thước tiết diện cột phụ thuộc vào tải trọng tác dụng lên cột, kích thước nhịp, sàn, cột nằm tầng nào, vật liệu sử dụng, mục đích sử dụng, điều kiện môi trường làm việc số yếu tố khác, chọn tiết diện cột phải đảm bảo điều kiện độ bền độ ổn định cột Cột chịu nén tải trọng đứng chịu mômen, chủ yếu tải trọng ngang Nếu nhà bố trí hệ lõi, vách, tường chịu phần lớn tải trọng gió cột chịu nén gần với trạng thái tâm Vì thường chọn sơ kích thước cột theo trị số lực dọc ước định Diện tích tiết diện cột AO = k × AO xác định theo công thức: N 2 (m , cm ) Rb Trong đó: k = 1.1 ÷ 1.5 : hệ số kể đến ảnh hưởng momen uốn, độ mảnh cột, hàm lượng cốt thép, lấy tùy thuộc vào vị trí cột Khi ảnh hưởng momen lấy k bé ngược lại Thuyết minh bê tông GVHD: Huỳnh Quốc Hùng Rb = 115(daN / cm2 ) : Cường độ chịu nén tính tốn bêtơng N: Lực dọc cột, tính tốn theo cơng thức gần sau: N = qS xq (daN / cm ) q: Tải trọng đương tính mét vng mặt sàn gồn tải trọng thường xuyên tạm thời sàn Thông thường với nhà có chiều dày sàn bé (10 ÷ 14)cm , có q = (10 ÷ 14) kN / m tường, kích thước cột dầm bé lấy Sxq : Diện tích truyền tải vào cột tầng 2,3 tầng mái thể hình : D C C sxq B sxq K8 K10 K9 B A sxq A Diện tích truyền tải khung trục (K7) - Kiểm tra độ ổn định, việc hạn chế độ mảnh λb = λ l0 ≤ λ 0b = 31 l =ψ H b ( Với , b: bề rộng tiết diện, H: Chiều cao tầng) Thực chọn tiết diện cho cột trục B tầng khung trục Thuyết minh bê tông GVHD: Huỳnh Quốc Hùng + Về độ bền:  2,8  S B xq = ST + ST + STM = 3.ST = 3.3,8  + 4,4 ÷ = 66,12(m )   Lấy q = 13 ( kN / m ) ⇒ N = 13.66,12 = 859,56 ( kN ) k = 1.2 ⇒ A0 = k Chọn N 859,56 = 1.2 × = 0.0897 ( m ) = 897( cm ) Rb 11500 Chọn sơ tiết diện cột là: + Kiểm tra độ ổn định: λb = 20 × 40 ( cm ) l0 ψ H 0,7 × 5,2 = = = 18,2 ≤ λ 0b = 31 ⇒ b b 0,2 Thỏa mãn điều kiện ổn định Đối với khung nhà nhiều tầng liên kết cứng dầm cột có từ nhịp trở lên, đổ BTCT toàn khối hệ số ψ = 0,7 H = 1,6 ( m ) Giả thiết chọn chiều sâu chon móng: M Với cột cịn lại việc chọn kích thước sơ tiết diện thực tương tự bảng sau: BẢNG CHỌN TIẾT DIỆN KHUNG TRỤC Cột trục A B Tầng 3 q S xq l ( m) ( m ) 3,6 3,6 5,2 3,6 3,6 5,2 5,32 10,64 15,96 22,04 44,08 66,12 k ( cm ) (kN / m2 ) 13 13 13 13 13 13 A0 1.35 1.35 1.35 1.2 1.2 1.2 81,2 162,4 243,6 299 598 897 b ( cm ) h ( cm ) 20 20 20 20 20 20 25 25 25 40 40 40 Ac ( cm ) 500 500 500 800 800 800 λb 12,6 12,6 18,2 12,6 12,6 18,2 Kiểm tra Đạt Đạt Đạt Đạt Đạt Đạt Thuyết minh bê tông 1.2 1.2 1.2 1.35 1.35 1.35 278,4 556,8 835,2 58 116 174 20x30 20x60 20x30 20x60 20x30 20x60 800 800 800 500 500 500 12,6 12,6 18,6 12,6 12,6 18,2 Đạt Đạt Đạt Đạt Đạt Đạt 20x30 x 20x30 20x60 x x 20x30 40 40 40 25 25 25 x x x 20x30 20 20 20 20 20 20 x x 13 13 13 13 13 13 x 20,52 41,04 61,56 3,8 7,6 11,4 x 3,6 3,6 5,2 3,6 3,6 5,2 x D 3 2 x C GVHD: Huỳnh Quốc Hùng 20x30 SƠ ĐỒ TIẾT DIỆN KHUNG TRỤC ( K9) Lập sơ đồ tính tốn khung ngang - Tính tốn khung ngang thực theo sơ đồ khung phẳng theo phương cạnh ngắn cơng trình (phương có độ cứng độ ổn định hơn) - Mơ hình hóa kết cấu khung thành đứng (cột) ngang (dầm), liên kết cứng với nút liên kết cột với móng ngàm mặt móng - Sơ đồ tính khung thể trục cột trục dầm, đồng thời thể liên kết ( cột – dầm; cột – móng; cột – dàn vìa kèo,…) ngàm khớp - Việc chọn sơ đồ tính quan trọng, ảnh hưởng lớn đến nội lực cách cấu tạo nút khung cho phù hợp với liên kết chọn Nghĩa việc chọn sơ đồ tính phải phù Thuyết minh bê tông GVHD: Huỳnh Quốc Hùng hợp với điều kiện làm việc thực tế cấu tạo mối liên hệ phải phù hợp với liên kết chọn - Ta có tỷ số L/B > 1,5 (cơng trình có mặt chạy dài) nội lực chủ yếu gây khung ngang độ cứng khung ngang nhỏ nhiều lần độ cứng khung dọc (khung ngang khung dọc), xem gần khung dọc “tuyệt đối cứng” Vì cho phép tách riêng khung phẳng để tính nội lực: khung phẳng - Khi tính tốn bỏ qa tham gia chịu lực đà kiềng - Một đoạn cột đoạn dầm mô hình thanh, đặt vị trí trục hình học thanh, kèm theo thơng số kích thước: b,h (hoặc A,I) tiết diện; tính vật liệu: môđun, trọng lượng riêng - Liên kết với nút khung, kết cấu khung toàn khối thường dùng nút khung cứng - Liên kết chân cột với móng thường dùng liên kết ngàm (hoặc khớp) mặt móng Chiều cao chơn móng tùy thuộc vào điều kiện địa chất cơng trình Nếu khơng xác định h = 1,6m địa chất xác đinh: m Với ngun tắc trên, tính tốn bỏ qua số yếu tố hình học ảnh hưởng đến độ cứng nội lực khung độ lớn tiết diện làm giảm nhịp tính tốn dầm, chiều dài tính tốn cột,… Việc mơ đơi cịn khó khăn cho việc xác định nội lực khung phương pháp tính thơng thường phương pháp chuyển vị, phương pháp lực, tra bảng sử dụng chương trình tính Trong chừng mực đơn giản hóa mơ hình tính tốn kết cấu khung, ví dụ: - Có thể san phẳng cao độ trục dầm để đưa cao độ độ chênh lệch cao nhỏ 1/10 chiều cao tầng - Trục hình học cột dịch chuyển đoạn phạm vi 1/20 nhịp trục cột nằm đường thẳng Trong trường hợp nên lấy trị số nhịp trị số trung bình tầng - Diện tích tiết diện, mơmen chống uốn tiết diện gần lấy theo kích thước tiết diện bê tơng ngun, khơng cốt thép - Mô đun biến dạng vật liệu bê tông cốt thép gần lấy theo mô đun đàn hồi bê tơng - Khung tính theo sơ đồ đàn hồi, để đơn giản lấy nhịp tính tốn nhịp kiến trúc - Để tiến hành tính tốn ta đặt tên dầm tên cột sau: Dầm đặt từ trái qua phải,cột từ lên 10 Thuyết minh bê tông + Giả thiết: GVHD: Huỳnh Quốc Hùng m= 0,7% t æh I s = mt b.h0 ỗỗ ỗố2 + Tớnh: 2 ổ400 ỗỗ - 40ữ aữ = 0,7%.200.360 = 12,9.106 mm ữ ữ ữ ữ ỗ ứ ố2 ứ ES 21.104 a= = = 7,78 Eb 27.103 l 3640 dmin = 0,5 - 0,01 - 0,01Rb = 0,5 - 0,01 - 0,01.11,5 = 0,294 h 400 ỉe e0 93 = = 0,23; de = max ỗỗỗ ; dmin ÷ = max(0,23;0,294) = 0,294 ÷ ÷ è ø h 400 h + Tính: j p = 1.0; S = j l = 1+ b Với 0,11 0,11 + 0,1 = + 0,1 = 0,379 de 0,1 + 0, 294 0,1 + j p M dh + N dh y M + Ny b = 1; y = 0,5.h = 0,5.400 = 200mm j l = +1 12,83 + 519,1.0,2 = 1,68