Đồ án Bê tông cốt thép 2 - Tính toán và thiết kế kết cấu khung phẳng

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ KẾT CẤU KHUNG PHẲNG Nội dung: Tính toán thiết kế khung ngang trục 9 sơ đồ nhà 1của một trường học 3 tầng với kích thước mặt bằng. Chiều cao mỗi tầng h=4000mm, thành sênô xây gạch dày 100mm cao 500m. Lan can được xây bằng gạch đặc, chiều cao 900mm, dày 100(mm). Địa điểm xây dựng: Quảng Bình. 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 tiểu chuẩn quy phạm hiện hành có liên quan. Quy trình tính toán thiết kế được thực hiện như sau: Mô tả, giới thiệu kết cấu: Kết cấu chịu lực là hệ khung bê tông cốt thép đổ toàn khối có liên kết cứng tại nút, liên kết giữa 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 công trình + hệ dầm dọc (Khi tỷ số L/B =34.2/12.1 =2.8> 1.5 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 từng khung phẳng để tính nội lực: khung phẳng). Công trình khung bêtông cốt thép toàn khối 3 tầng, 3 nhịp. Để đơn giản tính toán, tách khung phẳng trục 9, bỏ qua sự tham gia chịu lực của của hệ giằng móng và kết cấu tường bao che. Mặt bằng kết cấu dầm sàn được bố trí như trên Hình1. Sơ đồ kết cấu khung trục 9 tầng 2,3. Sơ đồ kết cấu khung trục 9 tầng mái. Mặt bằng bố trí kết cấu dầm sàn khung trục 9( K9). Chọn vật liệu và sơ bộ chọn kích thước tiết diện các cấu kiện Chọn vật liệu sử dụng Bêtông Dùng bê tông cấp độ bền B20 có -Dùng bê tông có cấp độ bền B20. -Khối lượng riêng: γbt= 2500(daN/m3). -Cường độ chịu nén tính toán của bê tông: Rb = 115(daN/cm2). -Cường độ chịu kéo tính toán của bê tông: Rbt = 9 (daN/cm2). -Mô dun đàn hồi E= 2.7x105 (daN/cm2). Cốt thép -Thép CI: Ø<10(mm). +Cường độ chịu kéo, chịu nén tính toán của cốt thép : Rs=Rsc=2250 (daN/cm2). +Cường độ chịu cắt khi tính toán cốt ngang : Rsw= 1750 (daN/cm2). +Môdun đàn hồi : E=2.1x106 (daN/cm2). -Thép CII : Ø≥10(mm). +Cường độ chịu kéo, chịu nén tính toán của cốt thép : Rs=Rsc=2800 (daN/cm2). +Cường độ chịu cắt khi tính toán cốt ngang : Rsw= 2250 (daN/cm2). +Môdun đàn hồi : E=2.1x106 (daN/cm2) Chọn sơ bộ kích thước tiết diện Chọn chiều dày của sàn. Chiều dày sàn được chọn theo công thức: Chọn chiều dày bản cho ô sàn lớn nhất có kích thước: Chọn D=1, m= 40÷45. → chọn hb = 100(mm). Các ô sàn phòng học đều chọn chiều dày hb = 100(mm) để thuận lợi cho quá trình thi công và tiết kiệm, chọn chiều dày sàn hành lang, mái và sênô hb=80(mm). Chọn kích thước tiết diện của dầm Tiết diện các dầm chủ yếu phụ thuộc vào nhịp dầm và độ lớn tải trọng. Theo kinh nghiệm chọn tiết diện dầm theo công thức: Chiều cao dầm: (với dầm phụ m= 12÷20, dầm khung m=8÷15). Chiều rộng dầm: bd = (0,3÷0,5)hd. Dầm khung trục 9 (K9) Nhịp AB: tầng 2,3 và mái , chọn = 30cm,→ =25cm; chọn kích thước dầm nhịp AB cho tầng 2,3, mái là: 25x30 cm2. Nhịp BC: tầng 2,3 và mái , chọn = 65cm, → =25cm; chọn kích thước dầm nhịp BC cho tầng 2,3, mái là: 25x65cm2. Nhịp CD: tầng 2,3 và mái , chọn =30cm, → = 25cm; chọn kích thước dầm nhịp CD cho tầng 2,3, mái là: 25x30cm2. Dầm dọc Trục A, B, C, D. Dầm D1→ D10 tầng 2,3 mái: chọn =30cm, =20cm. Vậy chọn kích thước dầm dọc tầng 2,3, mái là: 20x30cm2. Chọn sơ bộ tiết diện cột Về độ bền Diện tích truyền tải của cột thuộc khung trục 9 (K9). Diện tích cột Ac được xác định theo công thức: Trong đó: là hệ số kể đến ảnh hưởng của moomen uốn, độ mảnh của cột, hàm lượng cốt thép, lấy tùy thuộc vào vị trí của cột. Rb = 115 (daN/cm2): là cường độ chịu nén tính toán của bê tông. N là lực dọc trong cột, được xác định theo công thức gần đúng như sau: N=qSxq (kN/m2). Với chiều dày sàn 90 mm, ít tường, kích thước dầm cột bé: . Sxq là diện tích truyền tải từ sàn lên cột đang xét (xem hình 2). Kiểm tra về ổn định đó là việc hạn chế độ mảnh l , (với , b: chiều rộng tiết diện, H: chiều cao tầng) Thực hiện chọn tiết diện cột cho cột trục B tầng 1 của khung trục 9. Độ bền: . Lấy q= 10(kN/m2). → x 57= 570 (kN). Chọn k=1.2 → →chọn sơ bộ kích thước tiết diện cột là: 25x30cm2. Kiểm tra độ ổn định tiết diện →thỏa mãn điều kiện về ổn định. Tính toán và chọn sơ bộ tiết diện cột của khung trục 9 (K9) BẢNG CHỌN TIẾT DIỆN CỘT KHUNG TRỤC 10 Cột trục Tầng l (m) Sxq (m2) q (kN/m2) k Ao (cm2) b (cm) h (cm) Ac (cm2) λb Kiểm tra A 3 4 4.56 10 1.35 53.53 25 30 750 11.20 Thỏa 2 4 4.56 10 1.35 53.53 25 30 750 11.20 Thỏa 1 5.95 4.56 10 1.35 53.53 25 30 750 16.66 Thỏa B 3 4 19 10 1.2 198.26 25 40 1000 11.20 Thỏa 2 4 19 10 1.2 198.26 25 40 1000 11.20 Thỏa 1 5.95 19 10 1.2 198.26 25 40 1000 16.66 Thỏa C 3 4 18.43 10 1.2 192.31 25 40 1000 11.20 Thỏa 2 4 18.43 10 1.2 192.31 25 40 1000 11.20 Thỏa 1 5.95 18.43 10 1.2 192.31 25 40 1000 16.66 Thỏa D 3 4 3.99 10 1.35 46.84 25 30 750 11.20 Thỏa 2 4 3.99 10 1.35 46.84 25 30 750 11.20 Thỏa 1 5.95 3.99 10 1.35 46.84 25 30 750 16.66 Thỏa Sơ đồ tiết diện khung trục 9 (K9). Lập sơ đồ tính khung ngang Tính toán khung ngang được thực hiện theo sơ đồ khung phẳng theo phương cạnh ngắn của công trình. Mô hình hóa kết cấu khung thành các thanh đứng (cột), thanh ngang (dầm), liên kết cứng với nhau tại các nút và liên kết giữa cột với móng là ngàm tại mặt móng. Khung được tính theo sơ đồ đàn hồi, để đơn giản hóa quá trình tính toán ta lấy nhịp tính toán bằng nhịp kiến trúc. Ta có sơ đồ tính như sau: Sơ đồ tính khung trục 9 (K9). Xác định các loại tải trọng tác dụng lên khung Xác định tĩnh tải tác dụng vào khung Xác định tải trọng đơn vị trên 1m2 sàn Xác định tải trọng đơn vị trên 1m2 sàn Tên ô bản Các lớp tạo thành d (m) g (daN/m3) n gtc (daN/m2) gtt (daN/m2) Sàn phòng học S1 Gạch lát nền Ceramic 0.01 2200 1.1 22 24.2 Lớp vữa xi măng 0.03 1600 1.3 48 62.4 Sàn bê tông cốt thép 0.1 2500 1.1 250 275 Lớp vữa ximăng trát trần 0.015 1600 1.3 24 31.2 TỔNG 344 392.8 Sàn hành lang S2,S3. Gạch lát nền Ceramic 0.01 2200 1.1 22 24.2 Lớp vữa xi măng 0.03 1600 1.3 48 62.4 Sàn bê tông cốt thép 0.08 2500 1.1 200 220 Lớp vữa ximăng trát trần 0.015 1600 1.3 24 31.2 TỔNG 294 337.8 Sê nô S5,S6 Vữa xi măng 0.03 1600 1.3 48 62.4 Sàn bê tông cốt thép 0.08 2500 1.1 200 220 Lớp vữa ximăng trát trần 0.015 1600 1.3 24 31.2 TỔNG 272 313.6 Sàn mái S4 Tấm đan chống nhiệt 0.05 2500 1.1 125 137.5 Lớp gạch thông tâm 4 lỗ tròn 0.05 1600 1.1 80 88 Lớp gạch lá nem 0.02 1800 1.1 36 39.6 Lớp vữa xi măng 0.025 1600 1.3 40 52 Bê tông chống thấm 0.04 2500 1.1 100 110 Sàn bê tông cốt thép 0.1 2500 1.1 250 275 Lớp vữa xi măng trát trần 0.015 1600 1.3 24 31.2 TỔNG 655 733.3 b.Xác định tải trọng tác dụng trên 1m2 tường Xác định tải trọng tác dụng trên 1m2 tường Loại tường Các lớp cấu tạo d (m) g (daN/m3) n gtc (daN/m2) gtt (daN/m2) Dày 100 Tường xây gạch đặc 0.1 1800 1.1 180 198 Vữa trát 0.015x2 1600 1.3 48 62.4 Tổng 228 260.4 Dày 200 Tường xây gạch đặc 0.2 1800 1.1 360 396 Vữa trát 0.015x2 1600 1.3 48 62.4 Tổng 408 458.4 Xác định tĩnh tải tác dụng vào khung trục 9 Sơ đồ phân bố tĩnh tải sàn tầng 2,3. -Tải trọng bản thân của kết cấu dầm khung, cột khung để chương trình tính kết cấu tính. -Tĩnh tải tầng 2,3. (xem hình 5). Xác định tĩnh tải phân bố và tập trung sàn tầng 2,3 lên dầm khung K9. TĨNH TẢI PHÂN BỐ (daN/m) Kí hiệu Loại tải trọng và cách tính gtg1 Tải trọng từ sàn S1,S1’ truyền vào dưới dạng hình tam giác với tung độ lớn nhất: gtc =2 x 344 x 3.8/2 = 1267.2 gtt =2 x 392.8x 3.8/2 = 1388.14 gtg2 Tải trọng từ sàn S2 truyền vào dưới dạng tam giác với tung độ lớn nhất: gtc = 2 x 2.4/2 x 294 = 705.6 gtt = 2 x 2.4/2 x 337.8 = 810.72 gtg3 Tải trọng từ sàn S3 truyền vào dưới dạng tam giác với tung độ lớn nhất: gtc = 2 x 2.1/2 x 294 = 617.4 gtt = 2 x 2.1/2 x 337.8 = 709.38 TĨNH TẢI TẬP TRUNG (daN) Kí hiệu Loại tải trọng và cách tính gtt GA 1.Do trọng lượng bản thân dầm dọc 20´30 cm2: gtt = 2x1.1´2500´0.2´(0.3-0.08)´3.8/2 459.8 2.Do trọng lượng sàn S2 truyền vào: gtt = 0.5´337.8´(3.8+1.4)´1.2 1053.94 3.Trọng lượng lan can hành lang bằng tường gạch dày 100mm xây trên dầm cao 0.9m gtt=260.4´0.9´3.8 890.57 TỔNG 2404.31 GB 1.Do trọng lượng bản thân dầm dọc 20´30 cm2: gtt=2x1.1´2500´0.2´(0.3-0.08)´3.8/2 459.8 2.Do trọng lượng sàn S2 truyền vào: gtt = 0.5´337.8´(3.8+1.4)´1.2 1053.94 3.Do trọng lượng sàn S1 truyền vào: gtt = 0.5´392.8´3.8´1.9 1318.73 4.Do trọng lượng tường xây trên dầm dọc dày 200mm cao (4-0.3)=3.7(m): gtt= 458.4´3.7´3.8 6445.10 TỔNG 9277.57 GB' 1.Trọng lượng bản thân dầm dọc 20´30cm2: gtt=2x1.1´2500´0.2 ´(0.3-0.1)´3.8/2 418 2.Do trọng lượng sàn S1 truyền vào gtt = 392.8´3.8´1.9´0.5´2 2637.47 TỔNG 3055.47 GC 1.Trọng lượng bản thân dầm dọc 20´30cm2: gtt=2x1.1´2500´0.2´(0.3-0.08)´2 459.8 2.Do trọng lượng sàn S1 truyền vào gtt = 392.8´3.8´1.9´0.5 1318.73 3.Do trọng lượng sàn S3 truyền vào gtt = 0.5´337.8´(3.8+1.7)´1.05 975.4 4.Do trọng lượng tường xây trên dầm dọc dày 200mm cao (4-0.3)=3.7(m): gtt= 458.4´3.7´3.8 6445.10 TỔNG 9199.03 GD 1.Trọng lượng bản thân dầm dọc 20´30cm2: gtt=2x1.1´2500´0.2´(0.3-0.08)´2 459.8 2.Do trọng lượng sàn S3 truyền vào gtt = 0.5´337.8´(3.8+1.7)´1.05 975.4 3.Do trọng lượng lan can hành lang dày 100mm cao 0.9m gtt= 260.4´0.9´3.8 890.57 TỔNG 2325.77 -Tĩnh tải tầng mái (hình 6) Sơ đồ phân tĩnh tải sàn trên mái Xác định tĩnh tải phân bố và tập trung sàn tầng mái lên dầm khung trục 9. TĨNH TẢI PHÂN BỐ (daN/m) Kí hiệu Loại tải trọng và cách tính gt Trọng lượng thành sênô dày 100mm cao 0.5m: gtt=260.4x0.5x 2 =260.4 gtg1 Tải trọng từ sàn S4 truyền vào dưới dạng hình tam giác với tung độ lớn nhất: gtt =733.3x3.8/2x2=2786.54 gtg2 gtg3 Tải trọng từ sàn S5 truyền vào dưới dạng tam giác với tung độ lớn nhất: gtt =313.6x2.4/2x2=752.64 Tải trọng từ sàn S6 truyền vào dưới dạng tam giác với tung độ lớn nhất : gtt= 313.6x2.1/2x2=658.56 TĨNH TẢI TẬP TRUNG (daN) Kí hiệu Loại tải trọng và cách tính gtt GA 1. Trọng lượng bản thân dầm dọc 20x30 cm2 gtt = 2x1.1 x 2500 x 0.2 x (0.3-0.08) x 3.8/2 459.8 2.Do trọng lượng sàn S5 truyền vào gtt = 0.5x 313.6 x (3.8+1.4) x 1.2 978.43 3.Trọng lượng xê nô xây bằng tường gạch dày 100mm cao 0.5m gtt= 260.4x3.8x0.5 494.76 TỔNG 1932.99 GB 1.Do trọng lượng bản thân dầm dọc 20x30 cm2 gtt=2x 1.1 x 2500 x 0.2 x (0.3-0.08) x 3.8/2 459.8 2.Do trọng lượng sàn S5 truyền vào gtt = 0.5x 313.6 x (3.8+1.4) x 1.2 978.43 3.Do trọng lượng sàn S4 truyền vào gtt = 0.5 x 733.3 x 1.9 x 3.8 2647.21 TỔNG 4085.44 GB' 1.Trọng lượng bản thân dầm dọc 20x30cm2: gtt=2x 1.1 x 2500 x 0.2 x (0.3-0.1) x 3.8/2 418 2.Do trọng lượng sàn S4 truyền vào gtt = 2x 0.5 x 733.3 x 1.9 x 3.8 5294.43 TỔNG 5712.43 GC 1.Trọng lượng bản thân dầm dọc 20x30cm2: gtt=2x1.1 x 2500 x 0.2 x (0.3-0.08) x 2 459.8 2.Do trọng lượng sàn S4 truyền vào gtt = 0.5 x 733.3 x 1.9 x 3.8 2647.21 3.Do trọng lượng sàn S6 truyền vào gtt =0.5 x 313.6 x(3.8+1.7) x 1.05 905.52 TỔNG 4012.53 GD 1.Trọng lượng bản thân dầm dọc 20x30cm2: gtt=2x1.1 x 2500 x 0.2 x (0.3-0.08) x 2 459.8 2.Do trọng lượng sàn S6 truyền vào gtt = 0.5 x 313.6 x(3.8+1.7) x 1.05 905.52 3.Trọng lượng xê nô xây bằng tường gạch dày 100mm cao 0.5m gtt= 260.4x3.8x0.5 494.76 TỔNG 1860.08 Ta có sơ đồ tĩnh tải tác dụng vào khung Sơ đồ tĩnh tải tác dụng vào khung trục 9(daN, daN/m)-TT Xác định hoạt tải đứng tác dụng vào khung Hoạt tải được lấy theo tiêu chuẩn TCVN 2737-1995: Tải trọng và tác động Hoạt tải đơn vị Hoạt tải đơn vị trên 1m2 sàn Kí hiệu ô sàn Công năng ô sàn Tải trọng tiêu chuẩn n ptt (daN/m2) Toàn phần Phần dài hạn S1, S1’ Phòng học 200 70 1.2 240 S2, S3 Hành lang 300 100 1.2 360 S4,S5,S6 Sê nô và mái bằng BTCT(không sử dụng) 75 ----- 1.3 97.5 Tính trường hợp hoạt tải 1 Sơ đồ hoạt tải 1 tầng 2 Xác định hoạt tải 1 phân bố và tập trung của sàn tầng 2 lên khung K9 Trường hợp hoạt tải 1 tầng 2(daN/m,daN) Kí hiệu Loại tải trọng và cách tính ptt pdh ptg Hoạt tải S1 truyền vào dưới dạng tam giác với tung độ lớn nhất: ptt = 240´2´3.8/2 912 pdh=70´2´3.8/2 266 Tổng 912 266 PB,PC Hoạt tải từ S1 truyền vào ptt = 0.5´240´3.8´1.9 866.4 pdh=0.5´70´3.8´1.9 252.7 Tổng 866.4 252.7 PB’ Hoạt tải từ S1 truyền vào ptt = 2x0.5´240´3.8´1.9 1732.8 pdh=2x0.5´70´3.8´1.9 505.4 Tổng 1732.8 505.4 Sơ đồ hoạt tải 1 tầng 3 Trường hợp hoạt tải 1 tầng 3(daN/m,daN) Kí hiệu Loại tải trọng và cách tính ptt pdh Ptg Hoạt tải S2 truyền vào dưới dạng tam giác với tung độ lớn nhất: ptt = 360´2´2.4/2 864 pdh=100´2´2.4/2 240 Hoạt tải S3 truyền vào dưới dạng tam giác với tung độ lớn nhất: ptt = 360´2´2.1/2 756 pdh=100´2´2.1/2 210 Tổng 1620 450 PA,PB Hoạt tải từ S2 truyền vào ptt = 0.5´360´(3.8+1.4)´1.2 1123.2 pdh=0.5´100´(3.8+1.4)´1.2 312 Tổng 1123.2 312 PC,PD Hoạt tải từ S3 truyền vào ptt = 0.5´360´(3.8+1.7)´1.05 1039.5 pdh=0.5´100´(3.8+1.7)´1.05 288.8 Tổng 1039.5 288.8 Xác định hoạt tải 1 phân bố và tập trung của sàn tầng 3 lên khung K9 Sơ đồ phân hoạt tải tầng mái Trường hợp hoạt tải 1 tầng mái (daN/m,daN) Kí hiệu Loại tải trọng và cách tính ptt ptg Hoạt tải S4 truyền vào dưới dạng tam giác với tung độ lớn nhất: ptt = 97.5´2´3.8/2 370.5 Tổng 370.5 PB,PC Hoạt tải từ S4 truyền vào ptt = 0.5´97.5´3.8´3.8/2 351.98 Tổng 351.98 PB’ Hoạt tải từ S4,S4’ truyền vào ptt = 0.5´97.5´3.8´3.8/2x2 703.96 Tổng 703.96 Xác định hoạt tải 1 phân bố và tập trung của sàn tầng mái lên khung K9 Sơ đồ hoạt tải 1 tác dụng vào khung trục 9(daN, daN/m)-HT1 Tính trường hợp hoạt tải 2 Sơ đồ phân hoạt tải 2 tầng2 Trường hợp hoạt tải 2 tầng 2(daN/m,daN) Kí hiệu Loại tải trọng và cách tính ptt pdh Ptg Hoạt tải S2 truyền vào dưới dạng tam giác với tung độ lớn nhất: ptt = 2x 360´2.4/2 864 pdh=2x100x2.4/2 240 Hoạt tải S3 truyền vào dưới dạng tam giác với tungđộ lớn nhất: ptt = 2x 360´2.1/2 756 210 pdh=2x100x2.1/2 Tổng 1620 450 PA,PB Hoạt tải từ S2 truyền vào ptt = 0.5´360´(3.8+1.4)´1.2 1123.2 pdh=0.5´100´(3.8+1.4)´1.2 312 Tổng 1123.2 312 PC,PD Hoạt tải từ S3 truyền vào ptt = 0.5´360´(3.8+1.7)´1.05 1039.5 pdh=0.5´100´(3.8+1.7)´1.05 288.75 Tổng 1039.5 288.75 Xác định hoạt tải 2 phân bố và tập trung của sàn tầng 2 lên khung K9 Sơ đồ hoạt tải 2 tầng 3 Trường hợp hoạt tải 2 tầng 3(daN/m,daN) Kí hiệu Loại tải trọng và cách tính ptt pdh ptg Hoạt tải S1 truyền vào dưới dạng tam giác với tung độ lớn nhất: ptt = 240´2´3.8/2 912 pdh=70´2´3.8/2 266 Tổng 912 266 PB,PC Hoạt tải từ S1 truyền vào ptt = 0.5´240´3.8´3.8/2 866.4 pdh=0.5´70´3.8´3.8/2 252.7 Tổng 866.4 252.7 PB’ Hoạt tải từ S1 truyền vào ptt =2x 0.5´240´3.8´3.8/2 1732.8 pdh=2x 0.5´70´3.8´3.8/2 505.4 Tổng 1732.8 505.4 Xác định hoạt tải 2 phân bố và tập trung của sàn tầng 3 lên khung K9 Sơ đồ hoạt tải 2 tầng mái Trường hợp hoạt tải 2 tầng mái (daN/m,daN) Kí hiệu Loại tải trọng và cách tính ptt Ptg Hoạt tải S5 truyền vào dưới dạng hình tam giác với tung độ lớn nhất: ptt = 97.5´2.4/2´2 234 Hoạt tải S6 truyền vào dưới dạng hình tam giác với tung độ lớn nhất: ptt = 97.5´2.1/2´2 204.75 Tổng 438.75 PA,PB Hoạt tải từ S5 truyền vào ptt = 0.5´97.5´(3.8+1.4)´1.2 304.2 Tổng 304.2 PC,PD Hoạt tải từ S6 truyền vào ptt = 0.5x97.5x 1.05 x(3.8+1.7) 281.53 Tổng 281.53 Xác định hoạt tải 2 phân bố và tập trung của sàn tầng mái lên khung K9 Sơ đồ hoạt tải 2 tác dụng vào khung trục 9 (daN, daN/m)- HT2 Xác định hoạt tải gió tác dụng vào khung -Xác định theo TCVN 2737-1995: Tải trọng và tác động- Tiêu chuẩn thiết kế. -Công trình được xây dựng tại Quảng Bình , thuộc vùng gió IIIA, có áp lực gió đơn vị (Bảng 4-TCVN 2737-1995) là Wo=125daN/m2, thuộc dạng địa hình B. -Vì chiều cao công trình là 12 m <40m nên ta chỉ xét đến tác dụng tĩnh của tải trọng gió. -Giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của tải trọng gió W có độ cao Z so với mốc chuẩn được xác định theo công thức: W=Wo´k´c. Trong đó: +Wo là giá trị của áp lực gió lấy theo bảng đồ phân vùng phụ lục D của tiêu chuẩn. +k là hệ số tính đến sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao so với mốc chuẩn (xác định theo bảng G - TCVN-2737-1995) và dạng địa hình (bảng 5- TCVN-2737-1995). +c là hệ số khí động (bảng 6 TCVN-2737-1995): phía đón gió c=0.8 phía hút gió c=-0.6. -Tải trọng tính toán của gió tác dụng lên khung được xác định theo công thức: +Gió đẩy: qđ=nkiWocđB +Gió hút: qh=nkiWochB Với n là hệ số tin cậy củ tải trọng gió n=1.2 B là phạm vi truyền tải vào khung. Tải trọng gió tác dụng vào khung trục 10 Tầng H(m) Z(m) n k Wo (daN/m) cđ ch B(m) qđ (daN/m) qh (daN/m) 1 4 4.75 1.2 0.87 125 0.8 -0.6 3.8 396.72 -297.54 2 4 8.75 1.2 0.97 125 0.8 -0.6 3.8 442.32 -331.74 3 4 12.75 1.2 1.044 125 0.8 -0.6 3.8 476.06 -357.05 Bảng tính toán tải trọng tác dụng của gió lên khung trục 9 -Chú ý: Mốc chuẩn để xác định hệ số k được lấy ở cao trình mặt đất tự nhiên cách mặt đất nền ở cos ±0.000 là 0.75m. -Tải trọng tác dụng vào phần sê nô được quy về lực tập trung đặt ở đầu cột Sđ,Sh. -Trị số S tính theo công thức sau: - Gió thổi từ trái sang: - Gió thổi từ phải sang: Sơ đồ gió trái tác dụng vào khung trục 10(daN, daN/m)-GT. Sơ đồ gió phải tác dụng vào khung trục 10(daN,daN/m)-GP IV. Xác định nội lực và tổ hợp nội lực 1. Xác định nội lực Sử dụng chương trình tính toán kết cấu SAP2000 để tính toán nội lực cho khung với sơ đồ phần tử dầm,cột như hình Chú ý:Vì trọng lượng bản thân của dầm và cột khung chưa tính nên khi khai báo tải trọng trong chương trình tính toán kết cấu, với trường hợp tĩnh tải phải kể đến trọng lượng bản thân của kết cấu(cột,dầm khung) với hệ số vượt tải n=1.1. 2.Tổ hợp nội lực Tổ hợp nội lực theo TCVN 2737-1995(Điều 2.4) Tổ hợp cơ bản 1: Tĩnh tải + 1 trường hợp hoạt tải với hệ số tổ hợp là 1 Tổ hợp cơ bản 2: Tĩnh tải + 2 trường hợp hoạt tải trở lên với hệ số tổ hợp là 0.9. Trên cơ sở đó ta có cấu trúc tổ hợp như sau : TH1: TT+HT1 TH2: TT+HT2 TH3: TT+GT TH4: TT+GP TH5: TT+0.9(HT1+HT2) TH6: TT+0.9(HT1+GT) TH7: TT+0.9(HT1+GP) TH8: TT+0.9(HT2+GT) TH9: TT+0.9(HT2+GP) TH10: TT+0.9(HT1+HT2+GT) TH11: TT+0.9(HT1+HT2+GP) Ở mỗi tiết diện phải xét 11 tổ hợp cơ bản để tìm ra các cặp nội lực nguy hiểm như sau: Đối với dầm: Đối với cột: và và và Riêng đối với tiết diện ở chân cột tổ hợp thêm để phục vụ cho việc tính móng. Việc tổ hợp nội lực cho dầm và cột được trình bày thành các bảng. + Với phần tử dầm: tổ hợp nội lực cho 3 tiết diện (2 tiết diện đầu dầm và 1 tiết diện giữa dầm) + Với phần tử cột: tổ hợp nội lực cho 2 tiết diện ( tiết diện chân cột và tiết diện đầu cột) V.Tính toán cốt thép 1.Tính toán cốt dọc: a.Tính toán cốt thép dọc cho dầm tầng 2 Tính cốt thép tại gối A: M=-44.66 kNm Tính theo tiết diện chữ nhật bxh=25x30 Gỉa thiết a=50mm,ho=h-a=300-50=250 mm Tính: Tính: Kiểm tra hàm lượng cốt thép: Tính cốt thép nhịp AB Tính cốt thép cho gối Avà B (momen âm) Các đoạn dầm có momen gần bằng nhau nên ta lấy giá trị lớn hơn để tính thép chung cho cả hai bên. Tính theo tiết diện chữ nhật bxh=25x30 Gỉa thiết a=50mm, ho=h-a=300-50=250 mm Tại gối A và gối B với M= -45.24 kNm Tính: Tính: Kiểm tra hàm lượng cốt thép: Tính cốt thép nhịp AB chịu momen dương: M=35 kNm Tính theo tiết diện chữ T cánh nằm trong vùng nén với =80mm Gỉa thiết a=40mm Gía trị vươn của cánh được lấy như sau: Chọn =0,4m Tính: Xác định: Có trục trung hòa qua cánh Tính: Tính: Kiểm tra hàm lượng cốt thép: Tính cốt thép nhịp BC Tính cốt thép cho gối B và C (momen âm) Đoạn dầm có momen âm gần như nhau nên ta lấy giá trị lớn hơn để tính cốt thép chung cho cả hai bên. Tính theo tiết diện chữ nhật bxh=25x65 Gỉa thiết a=60 mm, Tại gối A và gối B với M= -167.31 kNm Tính: Tính: Kiểm tra hàm lượng cốt thép: Tính cốt thép nhịp BC chịu momen dương: M=+122.9kNm Tính theo tiết diện chữ T cánh nằm trong vùng nén với =100mm Gỉa thiết a=50mm Gía trị vươn của cánh được lấy như sau: Chọn =600mm Tính: Xác định: Có trục trung hòa qua cánh Tính: Tính: Kiểm tra hàm lượng cốt thép: Tính cốt thép nhịp CD Tính cốt thép cho gối C(momen âm) Tính theo tiết diện chữ nhật bxh=25x30 Gỉa thiết a=50mm,ho=h-a=300-50=250 mm Tại gối C với M= -46.61kNm Tính: Tính: Kiểm tra hàm lượng cốt thép: Tương tự gối D với momen M= -46.61kNm ta được = , Tính cốt thép nhịp CD chịu momen dương M= +36.67kNm Tính theo tiết diện chữ T cánh nằm trong vùng nén với =80mm Gỉa thiết a=40mm Gía trị vươn của cánh được lấy như sau: Chọn =0,35m Tính: Xác định: Có trục trung hòa qua cánh Tính: Tính: Kiểm tra hàm lượng cốt thép: Bố trí cốt thép dầm tầng 2 b. Tính toán cốt thép dọc cho dầm tầng 3 Từ bảng tổ hợp nội lực ta chọn ra nội lực nguy hiểm nhất cho dầm: phần tử tiết diện cốt thép M b h a ho am z As m kNm mm mm mm mm mm2 % AB Gối A Trên -25.8 250 300 50 250 0.144 0.922 400 0.64 Gối B Trên -16.69 250 300 50 250 0.093 0.951 251 0.4 BC Gối B Trên -138.99 250 650 60 590 0.139 0.925 910 0.62 Giữa nhip Dưới 111.73 1450 650 50 600 0.019 0.991 671 0.45 Gối C Trên -135.57 250 650 60 590 0.135 0.927 885 0.6 CD Gối C Trên -14.77 250 300 50 250 0.082 0.957 220 0.35 Gối D Trên -26.56 250 300 50 250 0.148 0.920 413 0.66 Bố trí cốt thép dầm tầng 3 c.Tính toán cốt thép dọc cho dầm tầng mái phần tử tiết diện cốt thép M b h a ho am z As m kNm mm mm mm mm mm2 % AB Gối A Trên -8.79 1050 300 50 250 0.012 0.994 126 0.20 Gối B Trên -26.2 1050 300 50 250 0.035 0.982 381 0.61 BC Gối B Trên -104.58 250 650 60 590 0.104 0.945 670 0.45 Giữa nhip Dưới 176.29 1450 650 50 600 0.029 0.985 1065 0.71 Gối C Trên -103.61 250 650 60 590 0.104 0.945 664 0.45  CD Gối D Trên -25.43 950 300 50 250 0.037 0.981 370 0.59 Từ bảng tổ hợp nội lực ta chọn ra nội lực nguy hiểm nhất cho dầm: Bố trí cốt thép cho dầm tầng mái 2.Tính toán cốt thép đai dầm: Tính toán cốt đai cho dầm khung tầng 2: Từ bảng tổ hợp nội lực chọn giá trị lực cắt lớn nhất trên từng đoạn dầm như sau: Dầm tầng 2 có 2 loại tiết diện D-25X30 và D-25X65,ta chọn giá trị lực cắt lớn nhất cho từng loại tiết diện để tính toán và bố trí cho các đoạn còn lại Với dầm tiết diện D25´30 chọn Q=45.95(kN). Số liệu đầu vào -Kiểm tra điều kiện tính toán +Điều kiện thứ nhất: => Thỏa. +Điều kiện thứ hai:(lấy c=3ho). =>Không thỏa =>Cần tính toán cốt thép ngang chịu cắt. -Kiểm tra khả năng chịu ứng suất nén chính của bụng dầm -Chọn cốt đai +Chọn đường kính cốt đai fđ =8; asw=50.3mm2 +Chọn số nhánh đai n=2. -Tính qsw và stt Vậy lấy để tính Tính: = Lấy tính theo công thức sau: Tính Tính: Đoạn dầm gần gối tựa (1/4 nhịp dầm) Vì h=300 < 450mm nên Tính chọn Đoạn còn lại ở giữa dầm: chọn Với dầm tiết diện D25´65 chọn Q=104.06(kN). Số liệu đầu vào -Kiểm tra điều kiện tính toán +Điều kiện thứ nhất: => Thỏa. +Điều kiện thứ hai:(lấy c=3ho). =>Không thỏa =>Cần tính toán cốt thép ngang chịu cắt. -Kiểm tra khả năng chịu ứng suất nén chính của bụng dầm -Chọn cốt đai +Chọn đường kính cốt đai fđ =8; asw=50.3mm2 +Chọn số nhánh đai n=2. -Tính qsw và stt Vậy lấy để tính Tính: = Lấy tính theo công thức sau: Tính Tính: Đoạn dầm gần gối tựa (1/4 nhịp dầm) Vì h=650>450mm nên Tính chọn Đoạn còn lại ở giữa dầm: chọn Tính toán cốt đai cho dầm khung tầng 3: Tính toán tương tự như trên dầm tầng 2 ta được: -Nhịp AB, CD: Φ8 , -Nhịp BC: +Đoạn gần gối tựa : Φ8 , +Đoạn giữa nhịp: Φ8 , Tính toán cốt đai cho dầm khung tầng mái: Tính toán tương tự như trên dầm tầng 2 ta được: -Nhịp AB, CD: Φ8 , -Nhịp BC: +Đoạn gần gối tựa : Φ8 , +Đoạn giữa nhịp: Φ8 , 3.Tính toán cốt thép cột -Vật liệu sử dụng: +Bê tông cấp độ bền B, đổ theo phương thẳng đứng 1.5m và bê tông đóng rắn tự nhiên có: Rb=11.5MPa; Rbt=0.9MPa; Eb=27000MPa. +Cốt thép nhóm CII có Rs=Rsc=280MPa; Es=21´104MPa. +Tra bảng với bê tông B20 cốt thép CII, hệ số điều kiện làm việc g=1, ta được xR=0.623;aR=0.429. -Tính toán cốt thép cho cột trục B tầng 1 có các cặp nội lực được chọn từ bảng tổ hợp: Phần tử Tiết diện Cặp nội lực Chiều dài M(kNm) N(KN) Mdh Ndh l0(m) b(cm) h(cm) C4 Chân cột 1 5.95 -117.58 -502.9 -8.39 -508.51 4.165 25 40 2 5.95 103.91 -513.89 -8.39 -508.51 4.165 25 40 3 5.95 -11.8 -633.09 -8.39 -508.51 4.165 25 40 Đầu cột 4 5.95 -62.91 -497.53 16.7 -492.15 4.165 25 40 5 5.95 98.91 -486.53 16.7 -492.15 4.165 25 40 6 5.95 23.55 -616.73 16.7 -492.15 4.165 25 40 Kết quả tổ hợp cột trục B tầng 1 (cột2). -Tính cốt thép đối xứng cho cặp 1 +Độ lệch tâm tĩnh học +Độ lệch tâm ngẫu nhiên: +Kết cấu thuộc hệ siêu tĩnh: +Giả thiết a=a’=40mm. + Chiều dài tính toán: . +Tính:=> Cần xét ảnh hưởng uốn dọc. +Tính: +Giả thiết: +Tính Ncr: +Tính: +Tính e: +Xác định sơ bộ vùng nén x1: +Ta có +Xảy ra trường hợp nén lệch tâm lớn. =>Diện tích cốt thép: +Kiểm tra hàm lượng cốt thép: =>Ta có Vậy diện tích cốt thép là hợp lý. Tính toán tương tự cho các cặp nội lực còn lại và các cặp nội lực còn lại ta có bảng tính thép của cột như sau: Hình 20.Bố trí cốt thép dọc một bên tiết diện cho khung trục 9 4.Tính toán cốt thép đai cột Đường kính cốt đai = Khoảng cách của cốt đai s Trong đoạn nối chồng cốt thép dọc: ⇒chọn s=100mm Trong đoạn đầu cột cần cấu tạo kháng chấn để đảm bảo độ dẻo kết cấu cục bộ, chiều dài của vùng cấu tạo kháng chấn lcr (chiều dài tới hạn) có thể được tính toán từ biểu thức sau đây: lcr=max(hc;lcl/6;450) (mm) Trong đó: hc: kích thước lớn nhất tiết diện ngang của cột lcl: chiều dài thông thủy của cột và trong đoạn lcr cốt đai được bố trí dày hơn. Khoảng cách đai bố trí trong vùng này là s=100mm Như vậy ta có: lcr= max(400;(4000-650)/6;450mm)=558mm⇒ chọn lcr=600mm Khoảng cách: s=100mm Trong đoạn còn lại khoảng cách cốt đai được xác định: chọn s=200mm Trường hợp chiều cao tiết diện thì cần có cốt dọc phụ. Đường kính cốt dọc phụ Hình 21. Bố trí cốt đai tại đầu cột 5.Tính toán cốt thép treo(tính toán giật đứt) Tại vị trí dầm dọc gối lên dầm khung (không gối lên cột) xuất hiện lực tập trung dầm dọc tác dụng vào dầm khung gây phá hoại cục bộ cần bố trí cốt thép để chống lại sự phá hoại này. Nội lực tính toán được lấy như sau: tại vị trí giao nhau của dầm dọc và dầm khung của sơ đồ tĩnh tải và hoạt tải ta cộng các giá trị lực tập trung. TẢI TẬP TRUNG TẦNG MÁI TẢI TẬP TRUNG TẦNG 2,3 Chọn thép treo dạng đai Ф8, n=2 nhánh, diện tích một nhánh Asw=50,3mm2. Thép CI có Rsw = 175mm2. Dầm không bị giật đứt khi thỏa mãn điều kiện sau: Tính toán cốt thép cho tầng 2,3: Lực giật đứt Số cốt treo dạng đai là: chọn Hình 22. Bố trí cốt đai treo dạng đai dầm tầng 2,3. Tính toán cốt thép cho dầm tầng mái : lực giật đứt . Số cốt treo dạng đai là: chọn Hình 23. Bố trí cốt đai treo dạng đai dầm tầng mái. 6. Tính toán cấu tạo các nút khung. Tính toán cấu tạo nút góc trên cùng. Nút góc là nút giao giữa: +Phần tử dầm D3 và phần tử cột C3. +Phần tử dầm D9 và phần tử cột C12. Chiều dài neo thép ở góc phụ thuộc vào tỉ số eo/hc. Bảng tổ hợp nội lực cột của phần tử cột C3,C12. Phần tử Tiết diện Tổ hợp cơ bản tính toán Mmax Ntư Mmin Ntư Mtư Nmin C3 Đầu cột 8.79 -25.52 -1.53 -15.55 8.36 -26.63 C12 Đầu cột 0.86 -12.71 -9.08 -22.46 -8.62 -23.3 Phần tử Tiết diện M N hc eo eo/hc 8.79 -25.52 30 34.42 1.15 C3 Đầu cột -1.53 -15.55 30 9.85 0.33 8.36 -26.63 30 31.87 1.06 0.86 -12.71 30 6.73 0.22 C12 Đầu cột -9.08 -22.46 30 40.41 1.35 -8.62 -23.3 30 36.94 1.23 Từ bảng tổ hợp chọn cặp nội lực M,N của phần tử cột C3 có độ lệch tâm eo lớn nhất là eo/hc=1.15 > 0.5 nên ta cấu tạo cốt thép nút góc trên cùng theo trường hợp eo/hc> 0.5 Từ bảng tổ hợp chọn cặp nội lực M,N của phần tử cột C12 có độ lệch tâm eo lớn nhất là eo/hc=1.35 > 0.5 nên ta cấu tạo cốt thép nút góc trên cùng theo trường hợp eo/hc> 0.5 Vì tỉ số eo/hc lớn nên yêu cầu neo cốt thép chịu kéo trên dầm vào cột càng sâu. Tùy thuộc vào số lượng thanh thép chịu kéo mà cắt cốt thép chịu kéo ở một hoặc hai tiết diện. Ở đây cốt thép chịu kéo trên dầm chỉ có 2Ф18 nên chỉ cần cắt tại một tiết diện, chiều dài đoạn cắt cách mép dưới của dầm một đoạn lan được xác định theo công thức: Trong đó các hệ số và các giá trị tối thiểu của được cho trong Bảng. Như vậy với bê tông B20, cốt thép nhóm CII và cốt thép chịu kéo nằm trong vùng bê tông chịu kéo ta tính được chiều dài đoạn neo là: Cốt thép dưới phía dưới của dầm được neo quá mép cột một đoạn Với thép thì tính được Trường hợp tại tiết diện mép cột xuất hiện mômen dương thì cốt thép phía dưới của dầm phải được neo vào với đoạn Để tránh tập trung ứng suất cốt thép dầm neo xuống cột phải được uốn cong với bán kính cho trường hợp không cấu tạo nách. Cấu tạo nút góc khung biên trên cùng