Đồ án môn học Kết cấu bêtông cốt thép 1
Mục lục
Mục lục ............................................................................................................................. 1
Danh mục bảng biểu ......................................................................................................... 2
Danh mục bản vẽ .............................................................................................................. 3
THUYẾT MINH ĐỒ ÁN MÔN HỌC SÀN SƯỜN BÊTÔNG CỐT THÉP TOÀN KHỐI
CÓ BẢN LOẠI DẦM ...................................................................................................... 4
1.1
SỐ LIỆU TÍNH TOÁN ...................................................................................... 4
1.2
TÍNH BẢN......................................................................................................... 5
1.2.1 Chọn kích thước các cấu kiện ......................................................................5
1.2.2 Sơ đồ tính .....................................................................................................5
1.2.3 Tải trọng tính toán .......................................................................................6
1.2.4 Nội lực tính toán ..........................................................................................6
1.2.5 Tính cốt thép chịu mômen uốn ....................................................................7
1.2.6 Cốt thép cấu tạo .........................................................................................10
1.3
TÍNH DẦM PHỤ ............................................................................................. 10
1.3.1 Sơ đồ tính ...................................................................................................10
1.3.2 Tải trọng tính toán .....................................................................................10
1.3.3 Nội lực tính toán ........................................................................................11
1.3.4 Tính cốt thép dọc .......................................................................................12
1.3.5 Chọn và bố trí cốt dọc ................................................................................15
1.3.6 Tính cốt thép ngang ...................................................................................16
1.3.7 Tính và vẽ hình bao vật liệu ......................................................................18
1.4
TÍNH DẦM CHÍNH ........................................................................................ 24
1.4.1 Sơ đồ tính ...................................................................................................24
1.4.2 Tải trọng tính toán .....................................................................................24
1.4.3 Nội lực tính toán ........................................................................................24
1.4.4 Tính cốt thép dọc .......................................................................................30
1.4.5 Chọn và bố trí cốt dọc ................................................................................31
1.4.6 Tính cốt thép ngang ...................................................................................32
1
Đồ án môn học Kết cấu bêtông cốt thép 1
Danh mục bảng biểu
Bảng 1: Xác định tĩnh tải (
......................................................................................... 6
Bảng 2: Tính toán hình bao mômen của dầm phụ .......................................................... 12
Bảng 3: Bố trí cốt thép dọc cho các tiết diện chính của dầm phụ................................... 15
Bảng 4: Khả năng chịu lực của các tiết diện dầm phụ.................................................... 19
Bảng 5: Mặt cắt lý thuyết của các thanh cốt thép ........................................................... 20
Bảng 6: Tính toán và tổ hợp mômen .............................................................................. 25
Bảng 7: Tính toán và tổ hợp lực cắt................................................................................ 29
Bảng 8: Bố trí cốt thép dọc cho các tiết diện chính của dầm chính ................................ 31
Bảng 9: Khả năng chịu lực của các tiết diện dầm chính ................................................. 35
Bảng 10: Mặt cắt lý thuyết của các thanh cốt thép ......................................................... 36
2
Đồ án môn học Kết cấu bêtông cốt thép 1
Danh mục bản vẽ
Hình 1: Sơ đồ sàn ............................................................................................................. 4
Hình 2: Sơ đồ tính toán và nội lực của dải bản: (a) Sơ đồ tính toán; (b) Biểu đồ mômen;
và (c) Biểu đồ lực cắt ........................................................................................................ 7
Hình 3: Bố trí cốt thép trong bản ...................................................................................... 9
Hình 4: Sơ đồ tính toán và nội lực trong dầm phụ: (a) Sơ đồ tính; (b) Biểu đồ bao
mômen; và (c) Biểu đồ bao lực cắt ................................................................................. 13
Hình 5: Bố trí cốt thép dọc trong các tiết diện chính của dầm phụ ................................ 16
Hình 6: Sơ đồ tính mặt cắt lý thuyết cho thanh số 2 ....................................................... 19
Hình 7: Bố trí cốt thép và hình bao vật liệu dầm phụ ..................................................... 22
Hình 8: Bố trí cốt thép và hình bao vật liệu dầm phụ (tiếp) ........................................... 23
Hình 9: Sơ đồ tính toán dầm chính (a) Sơ đồ dầm chính và (b) Sơ đồ tính dầm chính .. 24
Hình 10: Sơ đồ tính bổ trợ mômen tại một số tiết diện .................................................. 25
Hình 11: Các sơ đồ tải trọng và mômen tương ứng trong dầm chính ............................ 27
Hình 12: Biểu đồ bao mô men xác định theo phương pháp tổ hợp ................................ 28
Hình 13: Sơ đồ tính mômen tại mép gối B ..................................................................... 28
Hình 14: Biểu đồ bao lực cắt dầm chính ........................................................................ 29
Hình 15: Bố trí cốt thép dọc trong các tiết diện chính của dầm chính ........................... 32
Hình 16: Bố trí cốt treo ................................................................................................... 34
Hình 17: Mặt cắt lý thuyết .............................................................................................. 36
Hình 18: Bố trí cốt thép và hình bao vật liệu dầm chính ................................................ 39
Hình 19: Bố trí cốt thép và hình bao vật liệu dầm chính (tiếp) ...................................... 40
3
Đồ án môn học Kết cấu bêtông cốt thép 1
THUYẾT MINH ĐỒ ÁN MÔN HỌC SÀN SƯỜN BÊTÔNG
CỐT THÉP TOÀN KHỐI CÓ BẢN LOẠI DẦM
1.1
SỐ LIỆU TÍNH TOÁN
(1) Sơ đồ kết cấu sàn theo Hình 1.
(2) Kích thước tính từ giữa trục dầm và trục tường
chiều dày
= 2.6 m;
= 7.0 m. Tường chịu lực có
= 0.34 m. Cột bêtông cốt thép tiết diện
.
(3) Sàn nhà dân dụng: cấu tạo mặt sàn gồm bốn lớp như trên Hình 1. Hoạt tải tiêu chuẩn
7.5 kN/m2, hệ số độ tin cậy
=
= 1.2.
(4) Vật liệu: bêtông cấp độ bền theo cường độ chịu nén B20, cốt thép của bản và cốt đai của
dầm dùng nhóm CI, cốt dọc của dầm dùng nhóm CI, CIII. Các loại cường độ tính toán:
Bê tông cấp độ bền B20 có
= 11.5 MPa,
- Với ≤ 14 , sử dụng cốt thép CI có
- Với >14 , sử dụng cốt thép CIII có
= 0.90 MPa,
= 27103 MPa.
= 225 MPa,
= 225 MPa,
= 175 MPa.
= 365MPa,
= 365MPa,
= 290MPa.
Hình 1: Sơ đồ sàn
4
Đồ án môn học Kết cấu bêtông cốt thép 1
1.2
TÍNH BẢN
1.2.1 Chọn kích thước các cấu kiện
Chọn chiều dày của bản:
Trong đó:
với hoạt tải
ở mức trung bình;
;
.
Chọn
.
Chọn tiết diện dầm phụ:
Trong đó:
→ Chọn
;
;
,
Chọn tiết diện dầm chính:
Trong đó:
→ Chọn
;
;
;
1.2.2 Sơ đồ tính
Xét tỉ số hai cạnh ô bản
l2
l1
Cắt một dải bản rộng
7 .0
2 .6 9 2
, xem bản làm việc 1 phương.
2 .6
vuông góc với dầm phụ và xem dải bản làm việc như
một dầm liên tục (như Hình 1). Bản được tính toán với sơ đồ khớp dẻo.
Nhịp tính toán của bản:
-
Nhịp biên:
-
Nhịp giữa:
-
Chênh lệch giữa các nhịp:
5
Đồ án môn học Kết cấu bêtông cốt thép 1
1.2.3 Tải trọng tính toán
Tải trọng tính toán được tính từ lớp cấu tạo sàn như Hình 1 và được liệt kê trong Bảng 1 như
sau:
Bảng 1: Xác định tĩnh tải (
Giá trị
tiêu chuẩn
⁄
Các lớp cấu tạo bản
Hệ số
độ tin
cậy
Giá trị tính
toán
⁄
- Lớp gạch lát dày 10mm,
0.01x20=0.200
1.1
0.220
- Lớp vữa lót dày 30mm,
0.03x18=0.504
1.3
0.702
0.0925 = 2.250
1.1
2.475
0,01518= 0.270
1.3
0.351
- Bản bêtông cốt thép dày 90mm,
- Lớp vữa trát dày 10mm,
Tổng cộng
3.224
Lấy tròn tĩnh tải:
Hoạt tải:
Tải trọng toàn phần tính toán:
Tính toán với dải bản rộng
3.748
.
.
.
có:
⁄
⁄
.
1.2.4 Nội lực tính toán
Mômen uốn tại nhịp biên và gối thứ hai:
(
(
)
Mômen uốn tại gối giữa và nhịp giữa:
(
)
)
(
)
Giá trị lực cắt:
Sơ đồ tính toán và nội lực của dải bản được thể hiện ở Hình 2.
6
Đồ án môn học Kết cấu bêtông cốt thép 1
Hình 2: Sơ đồ tính toán và nội lực của dải bản: (a) Sơ đồ tính toán; (b) Biểu đồ
mômen; và (c) Biểu đồ lực cắt
1.2.5 Tính cốt thép chịu mômen uốn
Chọn
Tại gối biên và nhịp biên với
cho mọi tiết diện, chiều cao làm việc của bản là:
ta có:
Tra bảng phụ lục 10 sách “Sàn sườn bêtông cốt thép toàn khối” có , hoặc tính
theo công
thức:
√
√
Diện tích cốt thép cần thiết và hàm lượng cốt thép:
Chọn thép có đường kính 8mm,
, khoảng cách giữa các cốt thép là :
7
Đồ án môn học Kết cấu bêtông cốt thép 1
→ Chọn
,
.
Tại gối giữa và nhịp giữa, với
Tra bảng phụ lục 10 sách “Sàn sườn bêtông cốt thép toàn khối” có , hoặc tính
theo công
thức:
√
√
Diện tích cốt thép cần thiết và hàm lượng cốt thép:
Chọn thép có đường kính 6mm,
→ Chọn
,
, khoảng cách giữa các cốt thép là :
.
Tại các nhịp giữa và gối giữa ở trong vùng được phép giảm đến tối đa 20% cốt thép, có
.
Hàm lượng cốt thép :
Chọn thép có đường kính 6mm,
→ Chọn
,
, khoảng cách giữa các cốt thép là :
.
Kiểm tra lại chiều cao làm việc
với lớp bảo vệ cho bản là 10 mm :
Như vậy trị số đã dùng để tính toán là
Cốt thép chịu mômen âm với
⁄
là thiên về an toàn.
⁄
, trị số
của cốt thép chịu mômen âm tính từ mép dầm phụ là :
trục dầm phụ là :
, đoạn vươn
tính từ
.
Bản không bố trí cốt đai, lực cắt của bản hoàn toàn do bêtông chịu, do:
8
Đồ án môn học Kết cấu bêtông cốt thép 1
Hình 3: Bố trí cốt thép trong bản
9
Đồ án môn học Kết cấu bêtông cốt thép 1
1.2.6 Cốt thép cấu tạo
Cốt thép chịu mômen âm đặt theo phương vuông góc với dầm chính: chọn
,
có diện tích trên mỗi mét của bản là 141 mm2, lớn hơn 50% diện tích cốt thép tính toán tại gối
tựa giữa của bản là 0.5x277.49=138.75mm2. Sử dụng các thanh cốt mũ, đoạn vươn ra tính từ
mép dầm chính là:
.
Tính từ trục dầm chính là :
.
Cốt thép phân bố được đặt vuông góc với cốt thép chịu lực: chọn
,
có diện
tích trên mỗi mét của bản là 113 mm2, đảm bảo lớn hơn 20% diện tích cốt thép tính toán tại
giữa nhịp (nhịp biên 0.2x405.68=81.13 mm2, nhịp giữa 0.2x277.49=55.50 mm2).
Cách bố trí thép sàn được thể hiện ở Hình 3.
1.3
TÍNH DẦM PHỤ
1.3.1 Sơ đồ tính
Dầm phụ là dầm liên tục 5 nhịp đối xứng. Xét một nửa bên trái của dầm (như Hình 4)
Dầm gối lên tường một đoạn không nhỏ hơn 220,
. Bề rộng dầm chính
. Dầm phụ được tính toán bằng sơ đồ khớp dẻo.
Nhịp tính toán của dầm phụ:
-
Nhịp biên:
-
Nhịp giữa:
-
Chênh lệch giữa các nhịp:
1.3.2 Tải trọng tính toán
Tĩnh tải:
-
Tải trọng bản thân dầm (không kể phần bản dày 90mm):
(
-
)
Tĩnh tải truyền từ bản:
10
Đồ án môn học Kết cấu bêtông cốt thép 1
-
Tĩnh tải toàn phần:
Hoạt tải truyền từ bản:
Tải trọng tính toán toàn phần của dầm phụ:
Tỷ số:
1.3.3 Nội lực tính toán
1.3.3.1 Mômen uốn
Tung độ hình bao mômen (nhánh dương):
-
Tại nhịp biên:
-
Tại nhịp giữa:
Tung độ hình bao mômen (nhánh âm):
Tra bảng phụ lục 11 sách “Sàn sườn bêtông cốt thép toàn khối”, với tỉ số
có hệ số
và các hệ số
, và kết quả tính toán được trình bày ở Bảng 2.
Tiết diện có mômen âm bằng 0 cách bên trái gối thứ hai một đoạn là:
Tiết diện có mômen dương bằng 0 cách gối tựa một đoạn là:
-
Nhịp biên:
-
Nhịp giữa :
⁄
1.3.3.2 Lực cắt
11
Đồ án môn học Kết cấu bêtông cốt thép 1
Hình bao mô men và lực cắt được thể hiện ở Hình 4.
Bảng 2: Tính toán hình bao mômen của dầm phụ
Tung độ
Giá trị
Nhịp, tiết diện
Nhịp biên
Gối 1
0
0
1
0.065
106.778
2
0.090
147.847
0.091
149.489
3
0.075
123.206
4
0.020
32.855
Gối 2-Tiết diện 5
-0.0715
-114.363
Nhịp 2
6
0.018
-0.029304
28.791
-46.871
7
0.058
-0.007956
92.770
-12.725
0.0625
99.968
8
0.058
-0.004956
92.770
-7.927
9
0.018
-0.023304
28.791
-37.274
Gối 3-Tiết diện 10
-0.0625
-99.968
Nhịp giữa
11
0.018
-0.022304
28.791
-35.675
12
0.058
-0.003174
92.770
-5.077
0.0625
-0.003174
99.968
-5.077
1.3.4 Tính cốt thép dọc
Bêtông cấp độ bền B20 có
= 11.5 MPa,
- Với ≤ 14, sử dụng cốt thép CI có
- Với >14, sử dụng cốt thép CIII có
= 0.90 MPa,
= 225 MPa,
= 365 MPa,
= 27103 MPa.
= 225 MPa,
= 355 MPa,
= 175 MPa
= 290MPa.
12
Đồ án môn học Kết cấu bêtông cốt thép 1
Hình 4: Sơ đồ tính toán và nội lực trong dầm phụ: (a) Sơ đồ tính; (b) Biểu đồ bao mômen; và (c) Biểu đồ bao lực cắt
13
Đồ án môn học Kết cấu bêtông cốt thép 1
1.3.4.1 Với mômen âm
Tính theo tiết diện hình chữ nhật
.
→
Giả thiết
;
.
Tại gối 2, với
√
√
√
√
Kiểm tra:
Tại gối 3, với
Kiểm tra:
1.3.4.2 Với mômen dương
Tính theo tiết diện hình chữ T có cánh nằm trong vùng nén, bề dày cánh
→
Giả thiết
Độ vươn của cánh
⁄
.
.
lấy không lớn hơn giá trị bé nhất trong số các trị số sau:
⁄
Một nửa khoảng cách thông thủy giữa hai dầm phụ cạnh nhau
(do
, với
và khoảng cách giữa các dầm ngang lớn hơn khoảng cách giữa các dầm dọc
).
→ Vậy
Chọn
14
Đồ án môn học Kết cấu bêtông cốt thép 1
Bề rộng cánh
Tính
Vậy
→ Trục trung hòa đi qua cánh.
Tính theo tiết diện chữ nhật
;
;
.
Tại nhịp biên, với
√
√
√
√
Kiểm tra:
Tại nhịp thứ 2, với
Kiểm tra:
1.3.5 Chọn và bố trí cốt dọc
Bảng 3: Bố trí cốt thép dọc cho các tiết diện chính của dầm phụ
Tiết diện
tính toán
Cốt thép
Diện tích
Nhịp biên
Gối B
Nhịp 2
Gối C
Nhịp giữa
891.47
764.76
593.75
655.90
593.75
220+120
942.5
218+120 216+116 216+118
823.1
603.2
656.6
216+116
603.2
15
Đồ án môn học Kết cấu bêtông cốt thép 1
Hình 5: Bố trí cốt thép dọc trong các tiết diện chính của dầm phụ
1.3.6 Tính cốt thép ngang
Các giá trị lực cắt trên dầm:
Lấy lực cắt lớn nhất bên trái gối 2, với
để tính toán cốt đai, có
.
Kiểm tra khả năng chịu ứng suất nén chính của bụng dầm theo công thức:
→Kết luận là đủ khả năng chịu lực.
- Khả năng chịu cắt nhỏ nhất của bêtông :
→Do đó phải tính toán cốt thép ngang.
- Tính cốt đai không bố trí cốt xiên:
với ý nghĩa là
√
Cho
toàn bộ lực cắt do bê tông và cốt đai chịu.
Để tránh phá hoại dòn, cốt đai phải chịu được lực cắt không ít hơn khả năng chịu lực cắt
tối thiểu của bê tông. Tính
Từ đó tính được
với
theo công thức:
theo công thức
16
Đồ án môn học Kết cấu bêtông cốt thép 1
√
√
Do đó điều kiện hạn chế
được thõa mãn. Vậy tính cốt đai với
Dùng cốt đai 8 hai nhánh ta tính được:
Tính khoảng cách lớn nhất giữa các cốt đai theo công thức:
Theo điều kiện cấu tạo ta có:
(
)
Chọn khoảng cách giữa các cốt đai:
Chọn
Tại các gối khác có lực cắt bé hơn nên tính được
vẫn chọn
lớn hơn, nhưng theo điều kiện cấu tạo
.
Xác định vùng cốt đai đặt thưa hơn:
Bố trí cốt đai 8, hai nhánh,
trong đoạn 1680mm (1/4 nhịp tính toán), trong
đoạn giữa dầm đặt cốt đai theo điều kiện cấu tạo và kiểm tra lại. Từ biểu đồ lực cắt nhận thấy
rằng càng xa gối tựa lực cắt càng giảm, do đó cốt đai cần được bố trí thưa hơn.
Lực cắt lớn nhất trong đoạn giữa dầm là
Chọn cốt đai: 8, hai nhánh,
(
)
bố trí
ngoài khoảng 1,680m tính từ mép gối tựa, ta kiểm tra vùng đặt cốt đai thưa hơn như sau:
√
√
Giá trị lực cắt ứng với khoảng 1680m tính từ mép gối tựa (tính theo tam giác đồng dạng) là:
17
Đồ án môn học Kết cấu bêtông cốt thép 1
Vậy cốt đai bố trí như trên đảm bảo yêu cầu chịu lực và cấu tạo.
1.3.7 Tính và vẽ hình bao vật liệu
1.3.7.1 Tính khả năng chịu lực
Tại nhịp biên, mômen dương, tiết diện chữ T có cánh nằm trong vùng nén, bề rộng cánh
, bố trí cốt thép 220+120, diện tích
.
Lấy lớp bêtông bảo vệ là 20 mm,
.
- trục trung hòa đi qua cánh
Tại gối B, mômen âm, tiết diện chữ nhật
218+120, diện tích
, bố trí cốt thép
.
Lấy lớp bêtông bảo vệ là 20 mm,
.
.
Kết quả tính toán khả năng chịu lực ở các mặt cắt được tổng hợp ở Bảng 4. Mọi tiết diện
đều được tính toán theo trường hợp tiết diện đặt cốt đơn (với tiết diện chịu mô men dương
thay
bằng
).
1.3.7.2 Xác định mặt cắt lý thuyết của các thanh
Cắt thanh thép số 2 (đầu bên phải): sau khi cắt thanh thép số 2, tiết diện gần gối 2, nhịp
thứ hai còn lại cốt thép số 3 (218) ở phía trên, khả năng chịu lực ở thớ trên là 80.664kNm.
Biểu đồ vật liệu cắt biểu đồ bao mômen ở điểm H, đây là mặt cắt lý thuyết của cốt thép số 2.
Bằng quan hệ hình học giữa các tam giác đồng dạng, xác định được khoảng cách từ điểm H đến
mép gối B là 669mm (Hình 6).
18
Đồ án môn học Kết cấu bêtông cốt thép 1
Bảng 4: Khả năng chịu lực của các tiết diện dầm phụ
Tiết diện
Số lượng và
diện tích cốt thép (mm2)
(kNm)
(mm)
Giữa nhịp biên
220+120 -
470
0.025
0.988
159.746
Cạnh nhịp biên
Cắt 120 còn 120 -
470
0.017
0.992
106.923
Trên gối B
218+120 -
470
0.253
0.874
123.411
Cạnh gối B
Cắt 120 còn 218 -
471
0.156
0.922
80.664
Giữa nhịp 2
216+116 -
472
0.016
0.992
103.088
Cạnh nhịp 2
Cắt 116 còn 216 -
472
0.011
0.995
68.927
Trên gối C
216+118 -
471
0.201
0.899
101.479
Cạnh gối C
Cắt 118 còn 216 -
472
0.123
0.939
65.048
Giữa nhịp giữa
216+116 -
472
0.016
0.992
103.088
Cạnh nhịp giữa
Cắt 116 còn 216 -
472
0.011
0.995
68.927
Hình 6: Sơ đồ tính mặt cắt lý thuyết cho thanh số 2
Xác định đoạn kéo dài
: bằng quan hệ hình học giữa các tam giác đồng dạng, xác
định lực cắt tương ứng tại điểm H là QH=95.527 kN. Tại khu vực này cốt đai được bố trí là
6a150, tính:
Do tại khu vực cắt cốt thép số 2 không bố trí cốt xiên nên
.
19
Đồ án môn học Kết cấu bêtông cốt thép 1
Ta có:
. Điểm cắt thực tế cách mép gối B một đoạn 699+650=1349mm
Chọn
Tiến hành tương tự cho các cốt thép khac, kết quả như trong Bảng 5.
Bảng 5: Mặt cắt lý thuyết của các thanh cốt thép
Cốt thép
Mặt cắt lý thuyết
Cốt thép số 1a (đầu bên trái)
cách mép trái gối 1 là 1358mm
Cốt thép số 1a (đầu bên phải)
cách mép phải gối 2 là 2401mm
Cốt thép số 2 (đầu bên trái)
cách mép trái gối 2 là 493mm
Cốt thép số 2 (đầu bên phải)
cách mép phải gối 2 là 669mm
Cốt thép số 3 (đầu bên trái)
cách mép trái gối 2 là 1672mm
Cốt thép số 3 (đầu bên phải)
cách mép phải gối 2 là 979mm
Cốt thép số 5 (đầu bên trái)
cách mép phải gối 2 là 2002mm
Cốt thép số 5 (đầu bên phải)
cách mép trái gối 3 là 2008mm
Cốt thép số 6 (đầu bên phải)
cách mép trái gối 3 là 728mm
Cốt thép số 6 (đầu bên trái)
cách mép phải gối 3 là 746mm
Đoạn kéo dài
Chú ý: Với mômen dương không thể thay đường cong bằng đường thẳng để nội suy vì
như vậy sẽ tìm được giá trị mômen bé hơn thực tế, thiên về thiếu an toàn.
1.3.7.3 Kiểm tra về neo cốt thép
Cốt thép phía dưới sau khi được cắt, số còn lại khi kéo vào gối đều phải đảm bảo lớn hơn 1/3
diện tích cốt thép giữa nhịp:
Nhịp biên 220+120 uốn 120 còn 220, diện tích còn 66,7% khi vào gối;
Nhịp giữa 216+116 cắt 116 còn 216, diện tích còn 66,7% khi vào gối;
- Tại gối A:
Đoạn neo cốt dọc là
(Với thanh số 1).
- Tại gối B:
20
- Xem thêm -