Đồ án thiết kế công trình dân dụng bê tông cốt thép

BÀI THUYẾT TRÌNH BÊ TƠNG CỐT THÉP 2: “THIẾT KẾ CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG BÊ TƠNG CỐT THÉP” GVHD: Th.S Nguyễn Tấn SVTH: NGUYỄN THANH BÌNH _KC12 NGUYỄN ĐÌNH KHẢI _XC12B NGUYỄN VĂN DỰ _ XC12A MỤC LỤC Phần I: Đề Phần II: Tính tốn cốt thép bố trí cốt thép cho sàn Phân tích đề xuất phương án tính tốn cho sàn Cấu tạo, kích thước tiết diện xác định tải trọng tác dụng Sơ đồ tính phương pháp xác định nội lực Tính tốn kiểm tra cốt thép kiểm tra võng nứt Phần III:Tính tốn cốt thép bố trí cốt thép cho cầu thang Phân tích đề xuất phương án tính tốn cho cầu thang Cấu tạo, kích thước tiết diện xác định tải trọng tác dụng Sơ đồ tính phương pháp xác định nội lực Tính tốn kiểm tra cốt thép kiểm tra võng nứt Phần IV:Tính tốn cốt thép bố trí cốt thép cho khung khơng gian Cấu tạo, kích thước tiết diện xác định tải trọng tác dụng với cột dầm Sơ đồ tính phương pháp xác định nội lực(đối với cột tính tốn theo nén lệch tâm khơng gian,bằng phương pháp tương đương, phương pháp trực tiếp, biểu đồ tương tác) Tính tốn kiểm tra cốt thép kiểm tra võng nứt tính tốn kiểm tra cốt thép kiểm tra nứt Phần VI: Bản vẽ Phần I: THÔNG SỐ ĐỀ BÀI: Vật liệu: - Bê tông cấp độ bền: B20  Cường độ chịu nén tính tốn bê tơng: R b = 11.5MPa = 11500 kN/m2  Cường độ chịu kéo tính tốn bê tông: Rbt = 0.9 MPa = 900 kN/m2  γb = 1.0  Es = 21x104 MPa; Eb =27x103 MPa - Cốt thép nhóm:  ∅ ≤10=¿CI: RS = 225 MPa, RSW = 175 Mpa  ∅>10=¿CII: RS = 280 MPa, RSW = 225 Mpa  Cốt thép chịu kéo sàn CII  Cốt thép chịu kéo dầm, cột, móng CII  Cốt đai CI Kích thước mặt cơng trình: Hình 1.1 Sơ đồ mặt lưới sàn 18550 4350 3250 2000 7100 900 100 1000 1000 1000 100 3800 500 3550 3700 2100 3200 16450 MẶ T BẰ NG LẦ U TL:1/100 3900 900 1400 1400 D3 1000 700 100 200 100 600 100 860 1100 600 1365 250 515 300 100 200700 200 900 100 1200 4200 100 BẾ P Ă N Dv D3 5050 2200 +6.650 3800 WC2 2200 +6.600 200 P.SHC 940 +6.650 P.NGUÛ1 1200 700 +6.650 3350 900 100 1250 1400 1100 500 100 100 1150 150 100 400 515 250 10000 2800 1365 600 1970 1100 2700 D4 200 700 OS1 3800 4900 300 500 200 100 200 1000 200 3000 2200 LAN CAN 1200 +19.800 +16.730 13.370 +10.010 +6.650 +3.675 +0.000 Phần 1: Tính tốn bố trí cốt thép tồn sàn: - Chọn sơ kích thước tiết diện cấu tạo sàn: Mái: sử dụng mái bằng, bê tông cốt thép, có hoạt tải sửa chữa - Bản sàn: giả sử lựa chọn sơ theo: ( 351 ÷ 401 ) L =( 351 ữ 401 ) ì3900=97.5 ữ111.1 mm hb = - Vậy, chọn bề dày sàn hb= 100 mm Dầm phụ : chọn sơ kích thước tiết diện dầm 4900 =270 ÷350 mm , chọn h dp=300 mm 14 ÷ 18 hd 300 b d= = mm , chọn bdp =200 mm ÷3 ÷3 h d= - Dầmchính : chọn sơ kích thước tiết diện dầm 4900 =320÷ 600 mm , chọn hdp =500 mm ÷15 hd 400 b d= = mm , chọn bdp =250 mm ÷3 ÷3 h d= - Ngồi cịn có dầm (400x200) CHỌN SƠ BỘ TIẾT DIỆN CỘT Chọn sơ kích thước tiết diện dầm: - -cơng có tiết diện 200x300 Tải trọng dầm: a Dầm (200x500): gd =b ( h−h s ) ng γ b=0.2 × ( 0.5−0.1 ) ×1.1 ×25=2.2 kN / m Trong đó: b- bề rộng dầm (200 mm) h- chiều cao dầm 500 mm) hs- bề dày sàn (100 mm) ng- hệ số vượt tải b- khối lượng riêng bê tông (25kN/m2) b Dầm (200x300): gd =b ( h−h s ) ng γ b=0.2 × ( 0.3−0.1 ) ×1.1 ×25=1.1 kN /m Tĩnh tải tường: tải tường dạng phân bố dầm: Chọn tầng có chiều cao lớn htầng = 3.675 ( m) Tường bao : gt =b t ×ht × ng × γ t =0.2 ×3.175 ×1.1 ×18=12.573 kN /m Tường : gt =bt × ht ×n g ×γ t =0.1× 3.225 ×1.1× 18=12.573 kN /m Trong đó: bt - bề dày tường (0.1m-0.2 m) ht - chiều cao tường (h – hd = 3.675 – 0.5 = 3.175 ( m) t - khối lượng riêng tường (18 kN/m2) ng - hệ số vượt tải Kích thước cột: Tiết diện cột chọn thơng qua ước lượng tổng tải đứng tác dụng lên cột Và việc thay đổi tiết diện cột cần tuân theo quy tắc sau để tránh thay đổi đột ngột độ cứng cột: độ cứng cột không nhỏ 70% độ cứng cột dưới, tầng giảm độ cứng liên tục tổng lượng thay đổi khơng q 50 % Việc chọn kích thước tiết diện cột thực theo bước sau: Tiết diện cột chọn sơ theo công thức: Ao =n  Trong đó: kt N Rb n số tầng (4 tầng) Rb - Cường độ chịu nén bê tơng (B20có Rb= 11.5 MPa) kt - Hệ số xét đến ảnh hưởng khác momen uốn, hàm lượng cốt thép, độ mảnh cột (chọn 1.1 - 1.5) N - Lực nén tính tốn gần sau: N i=qs × Si + g d + gt + g c Trong đó: qs – trọng lượng sàn diện truyền tải Si – diện truyền tải tầng thứ i gd – trọng lượng dầm diện truyền tải gt – trọng lượng thân tường diện truyền tải gc – trọng lượng thân cột n gd =∑ b i × hi × ng × γ b × Li n gt =∑ b t ×ht × ng × γ t × Lt n gc =∑ bc × hc × n g × γ b × H c (Chưa biết cột phía trên) Chọn cột 2-A làm cột tính sơ tiết diện cột Sẽ lấy qs max , gdầm max , gt max N= 6x [(3.962+3,6) * (3.55/2*4.9/2+3.8/2*4.9/2)+2.2*((3.55+3.8)/2+4.9/2)+12.575*(3.55+3.8+4.9)/ 2]=923( KN) Ao = kt N = (1.1-1.5) *923/(11.5*1000)=(1.1-1.5) *0.08026 (m 2) Rb =(1.1-1.5)80261(mm2) Lấy kt =1.1 ,suy A0 =88287 mm2  Chọn cột 300x300 (mm) SƠ ĐỒ BỐ TRÍ DẦM CỘT TRÊN MỖI TẦNG NHƯ SAU : Tính W pl : - b x3 5.04 =100 × =4267.5 cm 3 b ( h−x ) Sb = =50× ( 10−5.04 ) =1230 cm I s 0= A s ( h0−x )2=1.66 × ( 8.5−5.04 )2=19.87 cm I b 0= ' I s 0=0 ' ( I b +α I s +α I s ) ( 4267.5+ ×19.87+7 × ) W pl = + Sb 0= +1230=3007 cm h−x 10−5.04 M crc =R bt , ser W pl =14 × 3007=43479.4 daNcm=434.794 daNm Kiểm tra điều kiện: M = 297 ≤ Mcrc = 420.98 daNm => Không xuất vết nứt nhịp  Trường hợp 2: Tính gối: M =672 daNm/m A s=3.87 cm ' A s=1.66 cm 2 b (h−x) ' S = ; Ss =A 's ( h0 −x ) ; S s 0= A s ( h0−h+ x ) ; Abt =bx ' b0 Với α = Es 21000 = =7 E b 3000 Thép ϕ8 thuộc loại CI có Es=21.104MPa Bêtơng B20đóng rắn tự nhiên Eb=27.103Mpa  bx2 – (1.5hb + αAs’ + αAs)x + 0.5bh2 + αAs’h0 – αAsh0 + αAsh =  100x2–(1.5x10x100+7x1.66+7x3.87)x+0.5x100x10x10+7x1.66x8.5- 7x3.87x8.5+7x3.87x10=0  100x2 -1538.71x + 5139.41=  x = 4.92 cm Tính W pl : - 3 b(h−x) ( 10−4.92) I b 0= =100 × =4369.9 cm 3 bx Sb = =50 ×4.922 =1210.32cm 2 I s 0= A s ( h0−h+ x ) =3.87 × ( 8.5−10+4.92 ) =45.27 cm ' ' 2 I s 0= A s ( h0−x ) =1.42 ( 8.5−4.92 ) =18.2 cm ' ( I b +α I s +α I s ) ( 4369.9+ ×45.27+ ×18.2 ) W pl = + Sb 0= +1210.32=5105.7 cm h−x 10−4.92 M crc =R bt , ser W pl =14 x 5105.7=71479.8 daNcm=714.798 daNm Kiểm tra điều kiện: M = 672 ≤ Mcrc = 714.798 daNm => Không xuất vết nứt gối - Kết luận: Không xuất vết nứt cấu kiện  Kiểm tra độ võng Độ võng nhịp ; xét tải tiêu chuẩn: f =β - M tc l =β l r B () Độ cứng chống uốn dầm khơng có khe nứt: B1=φ b Eb I ¿ B1 B 2= φb - φb hệ số ảnh hưởng đến từ biến bê tông φb1 = 0.85 với bê tông nặng ; φb2 = - Ired – moment quán tính tiết diện quy đổi với trục trọng tâm tiết diện: I ¿= b h 100 ×10 = =8333.3 cm 12 12 → B1 =φb Eb I ¿ =0.85 ×3000 × 8333.3=21249915 kN cm → B2 = B1 21249915 = =10624957.5 cm φb 2 Ta có: gcs =396.2 daN /m2 ; p cs =360 daN /m2 ; pd h=70 daN /m2 → P 1=( 396.2+ 360 ) × 3.8 ×4.9=14080.4 daN ; P2=( 396.2+70 ) ×3.8 × 4.9=8178 daN Moment tính võng tính dựa vào tải tác dụng ngắn hạn dài hạn: −M 1=m91 × P 1=0.0208 ×14080.4=daNm /m=292.9 kNcm/m −M 2=m91 × P2=0.0208 ×8178 daNm /m=170.1 kNcm/m - β: hệ số phụ thuộc liên kết dạng tải trọng tác dụng Ta có sàn có dạng kết cấu đầu ngàm vào dầm chịu tải phân bố ⟶ β=1/16 ⟶Độ võng dầm: f =f 1+ f 2= β M1 M2 292.9 307 l +β l = × 600 × + =0.96 cm 6 B1 B2 16 21.2× 10 10.6 ×10 ( ) Ta có độ võng giới hạn sàn phẳng nhịp L = 4.9m: [f] = L/200 = 2.45 cm => f = 0.96 cm < cm  Ta có: f < [f] nên thỏa điều kiện độ võng ô Phần 2: THIẾT KẾ DẦM VÀ CỘT BẰNG PHẦN MỀM ETAPS : 1.TÍNH DẦM Tỉnh tải a Tĩnh tải sàn: Đã tính mục phần (gs = 121.2kN/m2), Riêng nhà vệ sinh(gs=329.4 kN/m2) Lưu ý : trừ btct dày 100 mm có g=275 kN/m phần mềm tính trọng lượng thân b Tĩnh tải tường: Ghi chú:Tải tường có tầng bên dưới, tầng mái khơng có tải tường c Hoạt tải PS=360 dN/m2 Riêng nhà vệ sinh OS4 Ps=240 dN/m2 Lưu ý: gắn tải tương lên dầm ảo d Tải gió Nhận xét: Tải trọng gió tác dụng lên khung khơng gian tính tốn tương tự khung phẳng Tải gió bao gồm thành phần tĩnh động: Vì cơng trình có chiều cao 40m nên thành phần gió động tải trọng gió khơng cần xét đến Tải trọng gió tác dụng lên khung khơng gian phải tính tốn theo hướng: gió trái, gió phải, gió trước, gió sau Mỗi hướng gió gồm gió đẩy gió hút Phải tính tốn tải trọng gió lên tất dầm biên cơng trình Tải trọng gió tác dụng lên dầm biên: a Gió đẩy: W =W ×k × c × n× B tg( kN ) m Trong đó: Wo – giá trị áp lực gió tiêu chuẩn lấy theo TCVN 2737-1995 (cơng trình xây dựng TP HCM: Wo = 95 kN/m2, khu vực II.A giảm 12 kN/m2 nên 83 daN/m2) k- hệ số kể đến thay đổi áp lực gió theo độ cao so với mốc chuẩn dạng địa hình (Tra tiêu chuẩn 2737-1995) n- hệ số tin cậy (lấy giá trị n = 1.2) c- hệ số khí động phụ thuộc vào hình dáng cơng trình (c = +0.8) Btg- chiều cao tầng nhà (Btg = 3.63 m) a Gió hút: (phía khuất gió cơng trình) ' W =W ×k × c ×n × Btg ( kN ) m Trong đó: Wo – giá trị áp lực gió tiêu chuẩn lấy theo TCVN 2737-1995 (cơng trình xây dựng thành phố Cần Thơ – khu vực II.A: W o = 95 kN/m, khu vực II.A giảm 12 kN/m nên 83 daN/m2) k- hệ số kể đến thay đổi áp lực gió theo độ n- hệ số tin cậy (lấy giá trị n = 1.3) c’- hệ số khí động phụ thuộc vào hình dáng cơng trình (c = - 0.6) Btg- chiều cao tầng nhà (Btg = 3.6 m) BẢNG TÍNH EXCEL 1.Gió tĩnh Giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh: Wj = Wok(zj)c đó: c = 0.8 + 0.6 = 1.4 k(zj) - hệ số tính đến thay đổi áp lực gió theo chiều cao Gió tĩnh Wj Bx By Fx Fy STORY zj (m) k(zj) (T/m ) (m) (m) (T) (T) c - hệ số khí động 19.80 RF FT 16.73 13.37 F3 10.01 F2 6.65 F1 3.63 FL BASE 0.00 0.795 0.092 0.758 0.088 0.712 0.083 0.657 0.076 0.586 0.068 0.494 0.057 0.000 0.000 18 5.2 18 5.2 18 5.2 18 5.2 18 5.2 18 5.2 18 5.2 cột A4,C4,A3,C3 25kN Tổ hợp nội lực Gió tĩnh Fx (kN) Fy (kN) 1.47 5.10 14.74 51.03 1.54 5.33 15.39 53.28 1.45 5.00 14.46 50.04 1.33 4.61 13.33 46.14 1.07 3.70 10.69 36.99 1.08 3.75 10.84 37.53 0.00 0.00 0.00 Lực bể nước tác dụng Kết tính dầm : xem file excel vẽ cad PHẦN TÍNH CỘT Các cột cơng trình chịu moment theo hai phương X, Y nên tính tốn theo cột chịu nén lệch tâm xiên Việc giải xác cột nén lệch tâm xiên khó khăn tốn nhiều thời gian Do sử dụng phương pháp gần để tính toán cột chịu nén lệch tâm xiên Đây phương pháp trình bày GS Nguyễn Đình Cống Phương pháp gần dựa việc biến đổi trường hợp nén lệch tâm xiên thành nén lệch tâm phẳng tương đương để tính cốt thép Nguyên tắc phương pháp trình bày tiêu chuẩn Anh BS8110 USA - ACI 318, GS Nguyễn Đình Cống dựa vào ngun tắc để lập cơng thức điều kiện tính tốn phù hợp với TCXDVN 356:2005 Qui ước: mô men xoay quanh trục Y Mx, xoay quanh trục X My Các cột công trình chịu moment theo hai phương X, Y nên tính tốn theo cột chịu nén lệch tâm xiên Việc giải xác cột nén lệch tâm xiên khó khăn tốn nhiều thời gian Do sử dụng phương pháp gần để tính tốn cột chịu nén lệch tâm xiên Đây phương pháp trình bày GS Nguyễn Đình Cống Phương pháp gần dựa việc biến đổi trường hợp nén lệch tâm xiên thành nén lệch tâm phẳng tương đương để tính cốt thép Nguyên tắc phương pháp trình bày tiêu chuẩn Anh BS8110 USA - ACI 318, GS Nguyễn Đình Cống dựa vào ngun tắc để lập cơng thức điều kiện tính tốn phù hợp với TCXDVN 356:2005 Qui ước: mơ men xoay quanh trục Y Mx, xoay quanh trục X My Hình 4.7: Qui ước chiều mơ men cột Tính tốn cột tiết diện chữ nhật theo phương pháp gần đúng: Xét tiết diện cạnh Cx, Cy Điều kiện để áp dụng phương pháp gần là: , cốt thép đặt theo chu vi, phân bố mật độ cốt thép cạnh b lớn (cạnh b giải thích bảng mơ hình tính) Tiết diện chịu lực nén N, mô men uốn Mx, My, độ lệch tâm ngẫu nhiên eax, eay Sau xét uốn dọc theo phương, ta có: Mx1 = x Mx ; My1 = yMy Tùy theo tương quan giá trị Mx1 My1 với kích thước cạnh mà ta đưa hai mơ hình tính tốn (theo phương X Y) Bảng 4.16: Phân loại điều kiện làm việc cột Mơ hình Điều kiện Theo phương x Theo phương y Kí hiệu h = Cx; b = C y M1 = Mx1; M2 = My1 ea = eax + 0.2eay h = Cy; b = Cx M1 = My1; M2 = Mx1 ea = eay + 0.2eax Giả thiết chiều dày lớp bê tông bảo vệ ao, chọn a, tính ho = h – a; Z = h –2a Tiến hành tính tốn theo trường hợp đặt cốt thép đối xứng: Hệ số chuyển đổi mo Khi x1 h0 mo = - x1> h0 mo = 0.4 Tính mơ men tương đương (đổi nén lệch tâm xiên nén lệch tâm phẳng ): M = M1 + moM2 Độ lệch tâm ; tính eo = max( e1; ea ) Tính tốn độ mảnh theo hai phương: ; Dựa vào độ lệch tâm eo giá trị x1 để phân biệt trường hợp tính tốn - Trường hợp 1: Nén lệch tâm bé Hệ số ảnh hưởng độ lệch tâm e , tính toán gần nén tâm e = Hệ số uốn dọc phụ thêm xét nén tâm: e =  + Khi  lấy  = 1; 14 Rho , tính tốn theo trường hợp nén lệch ; Diện tích tồn cốt thép Ast: Ast = - Trường hợp 3: Khi nén lệch tâm lớn , k = 0.4 đồng thời x1