CHƯƠNG 3 : TÍNH TỐN KẾT CẤU KHUNG
3.3: CHỌN SƠ ĐỒ TÍNH
Căn cứ vào tình hình địa chất cơng trình, giải pháp nền móng, kích thước hình học của khung, người thiết kế phải quyết định một sơ đồ tính tốn và cấu tạo khung, trong đó điều rất quan trọng là phải chỉ rõ vị trí các liên kết cứng (nút cứng) và các liên kết khớp (nếu có).
Ởđây, liên kết giữa dầm và cột là các nút cứng, liên kết giữa cột và móng là liên kết ngàm. Ta có sơ đồ tính như hình vẽ:
ĐỒ ÁN: KCCT BÊ TƠNG CỐT THÉP GVHD: TS NGUYỄN NGỌC DƯƠNG
Hình 3 - 7 Sơ đồ tính khung trục 4.
Tải trọng tác dụng lên khung bao gồm: tĩnh tải, hoạt tải (dài hạn và ngắn hạn). Để giải khung ta tách riêng từng trường hợp tải để tính.
Hình 3 - 8 Sơ đồ quy tải sàn lên dầm 3.3.1: Tĩnh tải.
Tĩnh tải của cơng trình bao gồm: trọng lượng bản thân của dầm, cột, các lớp cấu tạo sàn và tải trọng tường…
3.3.2: Tải trọng phân bố.
Tầng điển hình (2, 3, 4, 5): Trọng lượng tường xây trên dầm:
gt = n × γ t × δ t × ht = 1.1× 18× 0.2 × (3.6 − 0.4) = 12.67(kN / m) (Dầm 200x400)
gt = n × γ t × δ t × ht = 1.1× 18× 0.2× (3.6 − 0.35) = 12.87(kN / m) (Dầm 200x350)
Tải trọng do sàn truyền vào dầm:
Nhịp AB, tải truyền vào dầm có dạng hình tam giác, trị số lớn nhất:
ĐỒ ÁN: KCCT BÊ TÔNG CỐT THÉP GVHD: TS NGUYỄN NGỌC DƯƠNG
gsAB = L
21 × ( g1 + g2 ) = 4.2
2 × (3.51 + 3.51) = 14.734( kN / m)
Nhịp BC, CD tải truyền vào có dạng tam giác, trị số lớn nhất:
gsBC ,CD = L
21 × ( g 3 + g4) = 32 × (3.51 + 3.51) =10.524( kN / m) Nhịp DE, tải truyền vào dầm có dạng tam giác, trị số lớn nhất:
gsDE = L
21 × g1 = 4.2
2 × 3.51 = 7.367( kN / m)
Tầng thượng:
gt = n × γ t × δ t × ht = 1.1× 18× 0.2× (3.1− 0.3) = 11.088(kN /
m) Tải trọng do sàn truyền vào dầm:
Nhịp AB, tải truyền vào dầm có dạng hình tam giác, trị số lớn nhất:
gsmAB = L21 × g s = 4.22 × (4.89 + 4.89) = 20.538( kN / m) Nhịp BC, CD tải truyền vào có dạng tam giác, trị số lớn nhất:
gsmBC ,CD = L21 × g s = 32 × (4.89 + 4.89) =14.67 ( kN / m)
Nhịp DE, tải truyền vào dầm có dạng hình thang, trị số lớn nhất:
gsmDE = L21 × g s = 4.22 × 4.89 =10.269 ( kN / m)
Tải trọng phân bố tác dụng lên dầm móng:
Chọn sơ bộ kích thước của dầm móng: b×h = 200×400 mm. Trọng lượng tường xây trên dầm móng:
gt = n× γ t × δ t × ht = 1.1 × 18 × 0.2 × (4.4 − 0.4) = 15.84( kN / m)
Nút A:
Do trọng lượng bản thân dầm dọc trục A:
gd = n.γ .bd .( hd − hs ).L = 1.1 × 25 × 0.2 × (0.35 − 0.08) × 4.4 = 6.534( kN)
Do trọng lượng tường xây trên dầm trục A:
gt = n.γ .bt .ht .L = 1.1 × 18 × 0.2 × (3.6 − 0.35) × 4.4 = 56.628( kN )
Do trọng lượng sàn truyền vào nút A:
g = ΣS q = 2 ×
s i i
Tổng tĩnh tải tập trung tác dụng vào nút A:
GA = gd + gt + gs = 6.534 + 56.628 + 16.944 = 80.106( kN)
Nút B:
Do trọng lượng bản thân dầm dọc trục B:
gd = n.γ .bd .(hd − hs ).L = 1.1× 25× 0.2× (0.35 − 0.08) × 4.4 =
6.534(kN) Do trọng lượng tường xây trên dầm trục B:
gt = n.γ .bt .ht .L = 1.1× 18× 0.1× (3.6 − 0.35) × 4.4 = 28.314(kN)
Do trọng lượng sàn truyền vào nút B:
g = Σ S q =
s i i
Tổng tĩnh tải tập trung tác dụng vào nút B:
GB = gd + gt + gs = 6.534 + 28.314 + 32.203 = 67.051(kN)
Nút C:
Do trọng lượng bản thân dầm dọc trục C:
gd = n.γ .bd .( hd − hs ).L = 1.1 × 25 × 0.2 × (0.35 − 0.08) × 4.4 = 6.534( kN)
ĐỒ ÁN: KCCT BÊ TÔNG CỐT THÉP GVHD: TS NGUYỄN NGỌC DƯƠNG Do trọng lượng tường xây trên dầm trục C:
gt = n.γ .bt .ht .L = 1.1× 18× 0.2 × (3.6 − 0.35) × 2.2 = 28.314 (kN) Do trọng lượng sàn truyền vào nút C:
gs = ΣSi qi = 4 × 12 ×(2.2 + 0.7) × 1.5 × 3.508 = 30.520( kN) Tổng tĩnh tải tập trung tác dụng vào nút C:
GC = gd + gt + gs = 6.534 + 28.314 + 30.520 = 65.368(kN)
Nút D:
Do trọng lượng bản thân dầm dọc trục D:
gd = n.γ .bd .(hd − hs ).L = 1.1× 25× 0.2× (0.35 − 0.08) × 4.4 =
6.534(kN) Do trọng lượng tường xây trên dầm trục D:
gt = n.γ .bt .ht .L = 1.1 × 18 × 0.1 × (3.6 − 0.35) × 2.2 = 14.157 ( kN )
Do trọng lượng sàn truyền vào nút D:
g = Σ S q =
s i i
Tổng tĩnh tải tập trung ở nút D của tầng trệt là:
GD = gd + gt + gs + GctD = 6.534 + 14.157 + 23.732 + 34.202 = 78.625(kN)
Tổng tĩnh tải tập trung ở nút D của tầng điển hình là:
GD = gd + gt + gs + G'ctD = 6.534 + 14.157 + 23.732 + 30.216 = 74.638(kN)
Nút E:
Do trọng lượng bản thân dầm dọc trục E:
gd = n.γ .bd .( hd − hs ).L = 1.1 × 25 × 0.2 × (0.35 − 0.08) × 4.4 = 6.534( kN)
Do trọng lượng tường xây trên dầm trục E:
g = ΣS q =
s i i
Do cầu thang:
Tầng trệt: GctE = 27.806 (kN) Tầng điển hình: Gct'E = 27.397 (kN)
Tổng tĩnh tải tập trung ở nút D của tầng trệt là:
GE = gd + gt + gs + GctE = 6.534 + 56.628 + 8.472 + 27.806 = 99.44 (kN)
Tổng tĩnh tải tập trung ở nút E của tầng điển hình là:
GE = gd + gt + gs + G'ctE = 6.534 + 56.628 + 8.472 + 27.397 = 99.030 (kN)
Tầng thượng:
Nút A:
Do trọng lượng bản thân dầm dọc trục A:
gd = n.γ .bd .( hd − hs ).L = 1.1 × 25 × 0.2 × (0.3 − 0.08) × 4.4 = 5.324( kN)
Do trọng lượng tường xây trên dầm trục A:
gt = n.γ .bt .ht .L = 1.1 × 18 × 0.2 × 1 × 4.4 = 17.424 ( kN) Do trọng lượng sàn truyền vào nút A:
g = ΣS q = 2 ×
s i i
Tổng tĩnh tải tập trung tác dụng vào nút A:
GA = gd + gt + gs = 5.324 + 17.424 + 23.619 = 46.367( kN)
Nút B:
Do trọng lượng sàn truyền vào nút B:
g = Σ S q =
s i i
Tổng tĩnh tải tập trung tác dụng vào nút B:
GB = gd + gs = 5.324 + 44.890 = 50.214 (kN)
Nút C:
Do trọng lượng bản thân dầm dọc trục C:
gd = n.γ .bd .(hd − hs ).L = 1.1× 25× 0.2× (0.3 − 0.08) × 4.4 = 5.324(kN) Do trọng lượng sàn truyền vào nút C:
gs = ΣSi qi = 4 × 12 ×(2.2 + 0.7) × 1.5 × 4.89 = 42.543( kN) Tổng tĩnh tải tập trung tác dụng vào nút C:
GC = gd + gs = 5.324 + 42.543 = 47.867 (kN)
Nút D:
Đỉnh mái che cầu thang:
Do trọng lượng bản thân dầm dọc trục D:
g = n.γ .b .( h
d d d
Do trọng lượng sàn mái che cầu thang truyền vào nút D:
g = ΣS q =
sm i i
Tổng tĩnh tải tập trung ở nút D:
GD = gd + gsm = 2.662 + 11.809 = 14.471(kN)
gd = n.γ .bd .(hd − hs ).L = 1.1× 25× 0.2× (0.3 − 0.08)× 4.4 = 5.324(kN)
Do trọng lượng sàn truyền vào nút D:
g = Σ S q =
s i i
Do trọng lượng cầu thang truyền vào nút D:
Gct'D =30.216(kN)
Do trọng lượng tường xây mái che truyền vào nút D:
gt = n.γ .bt .ht .L = 1.1× 18× 0.2× (3.1− 0.3) × 2.2 = 24.394(kN)
Tổng tĩnh tải tập trung ở nút D:
GD = gd + gs + G'ctD + gt = 5.324 + 33.081 + 30.216 + 36.151 + 24.394 = 93.014 (kN)
Nút E:
Đỉnh mái che cầu thang:
Do trọng lượng bản thân dầm dọc trục E:
gd = n.γ .bd .(hd − hs ).L = 1.1× 25× 0.2× (0.3 − 0.08) × 2.2 = 2.662(kN) Do trọng lượng sàn mái che cầu thang truyền vào nút E:
g = ΣS q =
sm i i
Tổng tĩnh tải tập trung ở nút E:
GE = gd + gsm = 2.662 + 11.809 = 14.471(kN)
Chân mái che cầu thang:
Do trọng lượng bản thân dầm dọc trục E:
gd = n.γ .bd .(hd − hs ).L = 1.1× 25× 0.2× (0.3 − 0.08)× 4.4 = 5.324(kN) Do trọng lượng sàn truyền vào nút E:
ĐỒ ÁN: KCCT BÊ TÔNG CỐT THÉP GVHD: TS NGUYỄN NGỌC DƯƠNG
g = ΣS q =
s i i
Do trọng lượng tường xây trên dầm trục E:
gt = n.γ .bt .ht.L =1.1× 18× 0.2× 1 + 0.2× ( 3.1 Tổng tĩnh tải tập trung ở nút E: GE = gd + gs + G'ctE + gt = 5.324 + 11.809 + 27.397 + 33.106 = 77.636 (kN) Tải trọng tác dụng lên dầm móng: Nút A: Do trọng lượng bản thân dầm dọc trục A: gd = n.γ .bd .hd .L = 1.1× 25× 0.2× (0.4 − 0.08) × 4.4 =
7.744(kN) Do trọng lượng tường xây trên dầm trục A:
gt = n.γ .bt .ht .L = 1.1× 18× 0.2 × (4.4 − 0.35) × 4.4 = 70.567 (kN )
Tổng tĩnh tải tập trung tác dụng vào nút A:
GA = gd + gt = 7.744 + 70.567 = 78.311(kN)
Nút B:
Do trọng lượng bản thân dầm dọc trục B:
gd = n.γ .bd .hd .L = 1.1× 25× 0.2× (0.4 − 0.08) × 4.4 =
7.744(kN) Do trọng lượng tường xây trên dầm trục B:
gt = n.γ .bt .ht .L = 1.1× 18× 0.1× (4.4 − 0.35)× 2.2 = 17.642 (kN) Tổng tĩnh tải tập trung tác dụng vào nút B:
GB = gd + gt = 7.744 + 17.642 = 25.386 (kN)
Nút C:
7.744(kN) Do trọng lượng tường xây trên dầm trục C:
gt = n.γ .bt .ht .L = 1.1× 18× 0.2× (4.4 − 0.35) × 2.2 = 35.284(kN)
Tổng tĩnh tải tập trung tác dụng vào nút C:
GC = gd + gt = 7.744 + 35.284 = 43.028 (kN )
Nút D:
Do trọng lượng bản thân dầm dọc trục D:
gd = n.γ .bd .hd .L = 1.1× 25× 0.2× (0.4 − 0.08) × 4.4 =
7.744(kN) Do trọng lượng tường xây trên dầm trục D:
gt = n.γ .bt .ht .L = 1.1× 18× 0.1× (4.4 − 0.35)× 2.2 = 17.642 (kN)
Tổng tĩnh tải tập trung tác dụng vào nút D:
GD = gd + gt = 7.744 + 17.642 = 25.386(kN)
Nút E:
Do trọng lượng bản thân dầm dọc trục E:
gd = n.γ .bd .hd .L = 1.1× 25× 0.2× (0.4 − 0.08) × 4.4 =
7.744(kN) Do trọng lượng tường xây trên dầm trục E:
gt = n.γ .bt .ht .L = 1.1× 18× 0.2 × (4.4 − 0.35) × 4.4 = 70.567 (kN ) Do cầu thang:
GctE = 27.086 (kN)
Tổng tĩnh tải tập trung tác dụng vào nút E:
GE = gd + gt + GctE = 7.744 + 70.567 + 27.806 =106.117(kN)
3.3.2. Hoạt tải.
Hoạt tải của cơng trình bao gồm các hoạt tải đứng và hoạt tải ngang.
ĐỒ ÁN: KCCT BÊ TÔNG CỐT THÉP GVHD: TS NGUYỄN NGỌC DƯƠNG Hoạt tải đứng bao gồm hoạt tải ngắn hạn và hoạt tải dài hạn. Để đơn giản ra tính chung hoạt tải ngắn hạn và dài hạn.
Hoạt tải tác dụng lên khung cũng theo diện truyền tải tương tự như tĩnh tải.
3.3.4: Hoạt tải đứng.
Tải trọng phân bố:
Bảng 3-5 Tải trọng phân bố hoạt tải
STT 1 2 3 4 5 Tầng điển hình (2, 3, 4, 5):
Hoạt tải do sàn truyền vào dầm:
Nhịp AB, tải truyền vào dầm có dạng tam giác, trị số lớn nhất:
psAB = 0.5 × 4.2 × (1.95 + 4.80) = 14.175(kN / m) Nhịp BC, CD tải truyền vào có dạng tam giác, trị số lớn nhất:
psBC,CD = 0.5 × 3× (3.6 +1.95) =8.325(kN / m)
Nhịp DE, tải truyền vào dầm có dạng tam giác, trị số lớn nhất:
psDE = 0.5 × 2.1×1.95 = 4.095(kN / m)
Tầng thượng:
Hoạt tải do sàn truyền vào dầm:
Nhịp BC, CD tải truyền vào có dạng tam giác, trị số lớn nhất:
psmBC,CD = 3× 0.975 = 2.925(kN / m)
Nhịp DE, tải truyền vào dầm có dạng tam giác, trị số lớn nhất:
psmDE = 0.5 × 4.2 × 0.975 = 2.048(kN / m)
Tải trọng tập trung vào các nút khung:
Tầng điển hình (2, 3, 4, 5):
Nút A:
Hoạt tải do sàn truyền vào nút A:
p A = ∑Si . pi = (2.2 + 0.1) × 2.1 × (1.95 + 4.8) =16.301( kN)
2 Nút B:
Hoạt tải do sàn truyền vào nút B:
28.373 ( kN) Nút C:
Hoạt tải do sàn truyền vào nút C:
pC = ∑Si . pi = 2 × 12 × (2.2 + 0.7) × 1.5 × (1.95 + 3.6) = 24.143 ( kN)
Nút D:
Hoạt tải do sàn truyền vào nút D:
pd = ∑Si . pi = 12 × (2.2 + 0.1) × 2.1 × 1.95 + 12 × (2.2 + 0.7) × 1.5 × (1.95 + 3.6) =16.781( kN) Hoạt tải do cầu thang truyền vào nút D tại tầng trệt:
ĐỒ ÁN: KCCT BÊ TÔNG CỐT THÉP GVHD: TS NGUYỄN NGỌC DƯƠNG
pctD = 8.813(kN)
Hoạt tải do cầu thang truyền vào nút D tại tầng điển hình:
p 'ctD =8.443(kN)
Hoạt tải tập trung tác dụng vào nút D tại tầng trệt:
PD = pd + pctD = 16.781 + 8.813 = 25.594 (kN) Hoạt tải tập trung tác dụng vào nút D tại tầng điển hình:
PD = pd + p 'ctD = 16.781 + 8.443 = 25.224 (kN) Nút E:
Hoạt tải do sàn truyền vào nút E: 1
pS = ΣSi pi = 2 × (2.2 + 0.1) × 2.1 × 1.95 = 4.709 ( kN)
Hoạt tải do cầu thang truyền vào nút E tại tầng trệt:
pctE = 8.154(kN)
Hoạt tải do cầu thang truyền vào nút E tại tầng điển hình:
p 'ctE =8.131(kN)
Hoạt tải tập trung tác dụng vào nút E tại tầng trệt:
PE = pE + pctE = 4.709 + 8.154 = 12.863(kN)
Hoạt tải tập trung tác dụng vào nút E tại tầng điển hình:
P 'E = pE + p 'ctE = 4.709 + 8.131 = 12.841(kN)
Tầng thượng:
Nút A:
p A = ΣSi pi = 2 × 2 × (2.2 + 0.1) × 2.1 × 0.975 = 4.709 ( kN
Nút B:
Hoạt tải do sàn tầng mái truyền vào nút B:
p B = Σ S i pi = 2 × 12 × (2.2 + 0.1) × 2.1 + 2 × 1
2 × (2.2 + 0.7)
Nút C:
Hoạt tải do sàn tầng mái truyền vào nút C:
) × 1.5 × 0.975 = 8.951 ( kN ) 1 pC = ΣSi pi = 4 × 2 × (2.2 + 0.7) × 1.5 × 0.975 = 8.483 ( kN) Nút D:
Đỉnh mái che cầu thang:
Do trọng lượng sàn mái che cầu thang truyền vào nút D:
g = ΣS q =
sm i i
Chân mái che cầu thang:
Hoạt tải do sàn tầng thượng truyền vào nút D:
p
d
Hoạt tải do cầu thang truyền vào nút D:
pct'D =8.443(kN)
Hoạt tải tập trung tác dụng vào nút D:
PD = pd + p 'ctD = 6.596 + 8.443 = 15.039 (kN)
Nút E:
Đỉnh mái che cầu thang:
ĐỒ ÁN: KCCT BÊ TÔNG CỐT THÉP
Do trọng lượng sàn mái che cầu thang truyền vào nút E:
g = ΣS q =
sm i i
Chân mái che cầu thang:
Hoạt tải do sàn tầng mái truyền vào nút E: 1
pE = ΣSi pi = 2 × (2.2 + 0.1) × 2.1 × 0.975 = 2.355 ( kN)
Hoạt tải do cầu thang truyền vào nút E:
pct'E =8.131(kN)
Hoạt tải tập trung tác dụng vào nút E:
PE = pd + p 'ctE = 2.355 + 8.131 = 10.486 (kN)
3.3.5: Hoạt tải ngang (tải trọng gió).
Áp lực gió tiêu chuẩn vùng gió IIIB là: w0 = 0.125kN / m2 (tra bảng 4 2737:1995) Gán tải gió tập trung vào các nút khung.
Cường độ tính tốn của gió đẩy: W = n × k zi × w0 × c × B Cường độ tính tốn của gió hút: W ' = n ×kzi × w0 ×c' ×B
Trong đó:
n là hệ số vượt tải, lấy n = 1.2.
c và c’ là hệ số khí động đón gió và hút gió, c = 0.8 và c’ = 0.6
B là bề rộng đón gió của diện truyền tải gió lên nút khung. (B = 4.4 m)
Bảng 3 - 6 Kết quả tính gió gán vào các nút khung h ( m ) K 4.4 8 11.6 15.2 18.8 21.9
Bảng 3 - 7 Bảng tổng hợp nội lực trong khung
LOẠI TẢI
TỈNH TẢI PHÂN BỐ
TRUNG
LOẠI TẢI
SVTH: HOÀNG THẾ PHONG TRANG 58 ĐỒ ÁN: KCCT BÊ TÔNG CỐT THÉP
LOẠI TẢI
3.4: Tổ hợp tải trọng và nội lực.
3.4.1: Các trường hợp tải.
Sau khi có được các thành phần nội lực, ta tiến hành tổ hợp nội lực.
Bảng 3 - 8 Các trường hợp tải tác dụng
STT 1
6 7 Với 7 trường hợp tải ở trên thì cấu trúc tổ hợp như sau:
SVTH: HỒNG THẾ PHONG TRANG 59
ĐỒ ÁN: KCCT BÊ TÔNG CỐT THÉP Tổ hợp tải trọng Tổ hợp chính Tổ hợp phụ
THBAO Để tìm nội lực trong khung ta sử dụng phần mềm tính tốn kết cấu ETABS.
Hình 3 - 9 Tĩnh tải phân bố
ĐỒ ÁN: KCCT BÊ TÔNG CỐT THÉP GVHD: TS NGUYỄN NGỌC DƯƠNG
Hình 3 - 11 Hoạt tải cách tầng lẻ
ĐỒ ÁN: KCCT BÊ TÔNG CỐT THÉP GVHD: TS NGUYỄN NGỌC DƯƠNG
Hình 3 - 13 Hoạt tải cách tầng nhịp chẵn
ĐỒ ÁN: KCCT BÊ TÔNG CỐT THÉP GVHD: TS NGUYỄN NGỌC DƯƠNG
Hình 3 - 4 Gió trái
ĐỒ ÁN: KCCT BÊ TÔNG CỐT THÉP GVHD: TS NGUYỄN NGỌC DƯƠNG
Hình 3 - 16 Gió phải 3.4.2: Kết quả nội lực khung.
Hình 3 - 17 Biểu đồ bao lực cắt V khung
ĐỒ ÁN: KCCT BÊ TÔNG CỐT THÉP GVHD: TS NGUYỄN NGỌC DƯƠNG
Hình 3 - 19 Biểu đồ bao momen
3.5: Tính tốn cốt thép cho dầm, cột.
3.5.1: Vật liệu sử dụng.