Đang tải... (xem toàn văn)
đồ án môn học " THUYẾT MINH ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CẤU BÊTÔNG CỐT THÉP"
THUYẾT MINH ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CẤU BÊTÔNG CỐT THÉP I) Tóm tắt nhiệm vụ thiết kế : Thiết kế sàn Bê tông cốt thép kiểu sàn sườn toàn khối có bản loại dầm II) Số liệu cho trước: a)Sơ đồ sàn: 1b 1a 54 3 2 1 D C B A 680068006800 750075007500 250025002500 H.1:Sơ đồ sàn b)Hoạt tải tiêu chuẩn : P tc = 7,9 (KN/m 2 ) III) Phần tính toán thiết kế: *)Chọn phương án mặt sàn và kết cấu mặt sàn +Phương án mặt sàn: - Sơ đồ sàn (hình vẽ H.1) - Kích thước : l 1 =2,8 (m) , l 2 =6,4 (m) ,độ dày tường t=34 (cm) +Kết cấu sàn: - Lớp vữa xi măng dày 2(cm) bên trên bản - Bản bêtông cốt thép - Lớp trát bên dưới dày 1 (cm) bên dưới bản - Dầm phụ bêtông cốt thép 3 nhịp - Dầm chính bê tông cốt thép 4 nhịp *)Phần tính toán cụ thể: 1)Chọn vật liệu và các chỉ tiêu kỉ thuật của vật liệu: + Bê tông cấp độ bền B15 : R b = 8,5.10 3 (KN/m 2 ) R bt = 750 (KN/m 2 ) + Cốt thép : AI : R s =R sc =225.10 3 (KN/m 2 ) ; R sw = 175.10 3 (KN/m 3 ) AII : R s =R sc =280.10 3 (KN/m 2 ) ; R sw = 225.10 3 (KN/m 3 ) 2)Tính toán bản: 2.1)Kiểm tra phương làm việc của bản: Ta có l 1 =2,5(m) và l 2 =6,8 (m) >2xl 1 =5(m) nên bản chủ yếu làm việc theo phương cạnh ngắn , như vậy đây là loại sàn sườn toàn khối có bản loại dầm , các trục (B),(C) là dầm chính các trục đánh kí tự số là dầm phụ ( 1a ; 1b ; 2; ; 3; ; 4; ). 2.2)Lựa chọn sơ bộ kích thước các bộ phận: a) Kích thước bản: Để tính toán bản ta cắt một dãi bản rộng 1m theo phương làm việc của bản (theo phương l 1 ) , chọn chiều cao bản theo công thức : b D h l m = ; với l chiều dài nhịp bản 1 250( )l l cm≈ = ; D là hệ số phụ thuộc tải trọng 0,8 1,4D = ÷ vì hoạt tải tác dụng lên bản khá lớn P tc = 8,0 (KN/m 2 ) nên ta chọn D=1,2 ; m là hệ số phụ thuộc vào kết cấu của bản ,m=35 (bản loại dầm liên tục). 1,2 250 8,57 35 b D h l m = = × = (cm) => chọn h b =9(cm) Đảm bảo điều kiện min 6( ) b h h cm≥ = (đối với nhà dân dụng ) b)Kích thước dầm phụ: 1 dp d d h l m = với m d là hệ số phụ thuộc sơ đồ dầm và tải trọng ta chọn m d =15 (không lớn quá vì tải trọng lớn) ; l d nhịp của dầm đang xét 2 680( ) d l l cm≈ = nên: 1 1 .680 45,33( ) 15 dp d d h l cm m = = = => chọn h dp =50(cm) , bể rộng dầm phụ là b dp =20 (cm), c)Kích thước dầm chính: tương tự 1 dc d d h l m = với 1 3 3 250( ) d l l cm≈ × = × ; m d =9 nên => 1 1 750 83,33 9 dc d d h l m = = × = (cm) Vì vậy chọn sơ bộ h dc =80(cm) ,b dc =30(cm) 2.3) Sơ đồ tính toán bản: 1 1a 1b 2 90 ll lb t=340 t/2 c= hb 2 H.2:Sơ đồ bản + Chiều dài nhịp giữa:l=l 1 -b dp =2,5-0,2=2,3 (m) + Chiều dài nhịp biên:l b =l 1 -b dp /2+h b /2-t/2=2,275(m) 2275 2300 2300 Pb g H.3: Sơ đồ tải trọng 2.4)Tải trọng tính toán bản: (tính bản theo sơ đồ khớp dẻo) +Tĩnh tải: Các lớp kết cấu Tiêu chuẩn(KN/m 2 ) Hệ số vượt tải n Tính toán (KN/m 2 ) Vữa xi măng dày 2 cm có 3 0 20( / )KN m γ = 0,4 1,2 0,48 Lớp BTCT dày 9 cm có 3 0 25( / )KN m γ = 2,25 1,1 2,475 Lớp vữa trát dày 1 cm có 3 0 18( / )KN m γ = 0,18 1,2 0,216 g b = 3,171 +Hoạt tải : p b = p tc x n = 8 x 1,2 =9,6 (KN/m 2 ) +Tổ hợp tải trọng :q =p b +g b =12,771(KN/m 2 ) Biểu đồ mô men theo sơ đồ khớp dẻo: 2 b 1 11 ql 1 11 ql b 2 1 16 ql 2 2 1 16 ql 2 1 16 ql H.4:Biểu đồ mômen theo sơ đồ khớp dẻo + Mômen: - Các nhịp giữa và gối giữa: 2 2 1 1 12,771.2,3 4,222( . ) 16 16 nhg gb M M ql KN m= = = = -Các nhịp biên và gối biên: 2 2 1 1 12,771.2, 275 6,009( . ) 16 11 nhb gb b M M ql KN m= = = = 2.5) Tính toán cốt thép ở gối và giữa nhịp biên: a) Số liệu có trước: - Bê tông cấp độ bền B15 : R b = 8,5.10 3 (KN/m 2 ) - Cốt thép AI : R s =R sc =225.10 3 (KN/m 2 ) - Kích thước tiết diện : b x h =100 x 9 (cm 2 ) - Mômen tính toán : M = 6,009(KN.m) b) Tính toán: Theo TCXD 356-2005: chiều dày lớp bêtông bảo vệ tối thiểu trong bản cho các kết cấu không ở những nơi ẩm ướt là 10 mm , thép chon là thép có 1 9( ) 10 b h mm φ ≤ = , chọn thép φ 8 ,nên chon a =1,5 (cm) 0 9 1,5 7,5( ) b h h a cm= − = − = => 2 3 2 0 6,009 0,126 . . 8,5.10 .1.(0.075) m b M R b h α = = = Kiểm tra điều kiên hạn chế : - Với bêtông cấp độ bền B15 và cốt thép AI thì điều kiện phá hoại dẻo là 0,446 R m α α = > (đúng) - Tính toán theo sơ đồ khớp dẻo : 0,126 0,3 m α = ≤ (đúng) Vậy điều hạn chế thỏa mãn, Tacó: 0,5(1 1 2 ) 0,932 m ζ α = + − = 2 3 0 6,009 3.82( ) . . 225.10 .0.932.0.075 s s M A cm R h ζ = = = -Chọn thép: Chọn φ 8 => a s =0,503 , Nên : Khoảng cách: . 0,503.100 13,17( ) 3,82 s s a b s cm A = = = Chọn các thanh φ 8 đặt cách nhau 130(mm) - Kiểm tra giả thiết a : có a=10+8/2=14(mm)< giả thiết ,Sai số không đáng kể và thiên về an toàn. 2.6)Tính cốt thép ở giữa nhịp giữa và gối giữa: a) Số liệu có trước: - Bê tông cấp độ bền B15 : R b = 8,5.10 3 (KN/m 2 ) - Cốt thép AI : R s =R sc =225.10 3 (KN/m 2 ) - Kích thước tiết diện : b x h =100 x 9 (cm 2 ) - Mômen tính toán : M = 4,222(KN.m) b) Tính toán: Theo TCXD 356-2005: chiều dày lớp bêtông bảo vệ tối thiểu trong bản cho các kết cấu không ở những nơi ẩm ướt là 10 mm , thép chon là thép có 1 9( ) 10 b h mm φ ≤ = , chọn thép φ 8 ,nên chon a =1,5 (cm) 0 9 1,5 7,5( ) b h h a cm= − = − = => 2 3 2 0 4,222 0,088 . . 8,5.10 .1.(0.075) m b M R b h α = = = Kiểm tra điều kiên hạn chế : - Với bêtông cấp độ bền B15 và cốt thép AI thì điều kiện phá hoại dẻo là 0,446 R m α α = > (đúng) - Tính toán theo sơ đồ khớp dẻo : 0,088 0,3 m α = ≤ (đúng) Vậy điều hạn chế thỏa mãn, Tacó: 0,5(1 1 2 ) 0,954 m ζ α = + − = 2 3 0 4,222 2.62( ) . . 225.10 .0.954.0.075 s s M A cm R h ζ = = = -Chọn thép: Chọn φ 6 => a s =0,283 (tiết diện 1 thanh), Nên : Khoảng cách: . 0,283.100 10,8( ) 2,62 s s a b s cm A = = = Chọn các thanh φ 6 đặt cách nhau 105(mm) - Kiểm tra giả thiết a : có a=10+6/2=13(mm)< giả thiết ,Sai số không đáng kể và thiên về an toàn. 2.7)Tính chiều dài cốt thép chịu mômen âm (trên gối): Ta có: 9,6 3,03 3 3,171 b b p g = = > ,Nên khoảng từ mép dầm phụ đến mút cốt mũ là 1/ 3l l λ = ;(λ=1/3) ,Vì chiều dài nhịp biên và nhịp giữa không chênh lệch nhau nhiều nên ta có thể lấy l là chiều dài lớn hơn để thiên về an toàn :l=2,3(m) . Như vậy đoạn dài từ mút cốt mũ đến trục dàm phụ là 1 .2,3 0,2/ 2 0,87( ) 3 m+ = đoạn từ điểm uốn đến mép dầm là 1 1 1 1 .2,3 .0.2 0,48( ) 6 2 6 2 dp l b m+ = + = , móc vuông dài 7cm . 2.8) Cốt thép cấu tạo chịu mômen âm: a) Cốt mũ theo phương vuông góc dầm chính : Độ vương của cốt mũ cách mép dầm chính 1/4.l 1 =1/4.2,3=0,58(m),đoạn móc vuông dài 7(cm).Chọn thép φ 6 đặt cách nhau 200(cm) thì A s =1,41(cm 2 )>50%A s(giữanhịp) =50%.2,62=1,31(cm 2 ) và không ít hơn 5 φ 6 trên 1 m dài. b) Cốt mũ tại tường biên : Độ vương cốt mũ cách mép tường 1 đoạn 1/8l 1 =0,285 (m) , móc vuông dài 7(cm). Kết hợp uốn thanh φ 8 ở giữa nhịp biên với khoảng cách s=26(cm) uốn 30 o , thì : A s = 2 100 100 . .0,503 1.93( ) 26 s a cm s = = >50%A s(nhb) =1,91(cm 2 ). 2.9)Cốt thép phân bố - cấu tạo: Dùng các thanh thép φ 6 đặt cách nhau 30(cm) => diện tích cốt thép trên một mép dài là A s = 2 100 100 . .0,283 0.94( ) 30 s a cm s = = >20%A s(giữanhịp) =0,764(cm 2 ) đảm bảo chịu mômen dương theo phương cạnh dài (phương l 2 ) 2.10) Hình vẽ bố trí cốt thép: 50 50 50 50 50 60 60 Ø6 a210 Ø6 a210 Ø6 a210 2500 2500 2500 90 5 6 1 2 3 5 5 5 Ø8 a260 Ø8 a260 Ø8 a260 Ø6 a210 Ø6 a210 2 1b 1a 1 870 870 480 360 380 30° 870870 380 380 H.5: Sơ đồ cấu tạo thép trong bản Ø6 a260 8 90 Ø6 a250 7 575 575 300 H.6 :Thép cấu tạo bố trí trên dầm chính 3)Tính toán dầm phụ: *)Dầm phụ kê lên dàm chính có bề rộng b dc =30(cm).Hai đầu dầm phụ gối lên tường với đoạn kê a=22(cm) thõa mãn quy định a ≥ 20(cm). Chiều dày tường chịu lực t=34(cm). 500 lb=6590 6850 300 t=340 a=220 3.1)Sơ đồ tính toán dầm phụ:(Theo sơ đồ khớp dẻo ) + Sơ đồ dầm : Dầm liên tục 3 nhịp .Kích thước b x h =20 x 50 (cm 2 ) lb=6590 l=6500 lb=6590 +Chiều dài nhịp biên : 2 6,59( ) 2 2 2 dc b b t a l l m= − − + = +Chiều dài nhịp giữa: 2 6,8 0,3 6,5( ) dc l l b m= − = − = 3.2)Tải trọng tính toán: +Hoạt tải : 1 9,6 2,5 24( / ) dp b p p l KN m= × = × = +Tĩnh tải : 1 0 3,171 2,5 2,255 10,1825( / ) dp b g g l g KN m= × + = × + = Trong đó: g b =3,171(KN/m 2 ); l 1 =2,5(m) 0 ( ) 0,2(0,5 0,09) 25 1,1 2,255( / ) dp dp b btct g b h h n KN m γ = − × × = − × × = Với: g 0 :trọng lượng bản thân của dầm phụ trên 1 đơn vị dài γ btct : khối lượng riêng BTCT lấy bằng 25(KN/m 3 ) n: hệ số vượt tải n=1,1 A B C D Pdp=24(KN/m) Gdp=10,18(KN/m) 6590 6500 6590 +Tổ hợp : q dp =g dp +p dp =34,1825(KN/m) 3.3)Tính toán nội lực: * Lợi dụng tính chất đối xứng của dầm ta chỉ cần tính cho 1 nữa dầm * Theo quy trình tính toán kết cấu siêu tĩnh bằng BTCT có kể đến sự phân phối lại nội lực khi xuất hiện khớp dẻo của Liên xô cũ cho phép tính mômen đối với dầm có nhịp sai khác nhau không quá 10% ở các tiết diện như sau: a) Mômen: Tra bảng tính toán mômen theo sơ đồ khớp dẻo ta được kết quả tính toán mômen lớn nhất và bé nhất (M max ) và mômen bé nhất tại các tiết diện: Bảng tra hệ số β min (Bảng 10.1, trang 317 Sách kết cấu BTCT - Phần cấu kiện cơ bản) Ghi chú :Vì tỉ số 24 2,37 10,1825 dp dp p g = ≈ không có trong bảng tra ta dùng phương pháp nội suy. * hệ số ( ) 10,1825 24 0,264 24 8( ) 8(10,1825 ) 4 4 g p k p g + + = = = + + (hình vẽ) 90,26 83,76 16,21 46,51 106,1 29,69 111,34 96,49 133,6 135,09 25,95 0 1 2 M 3 4 5 5 6 7 N k.l=1,74(m) 0,15l b H. Biểu đồ bao momen dầm phụ b)Lực cắt: Tính toán theo sơ đồ khớp dẻo biểu đồ bao của dầm phụ (một nữa dầm) được lấy đơn giản theo hình sau với : Tiết diện β max Công thức M max (KN,m) β min M min (KN.m) 0 0 βq dp l b 2 0,00 1 0,065 96,49 2 0,090 133,60 M 0,091 135,09 3 0,075 111,34 4 0,020 29,69 5 0 0,00 -0,0715 -106,14 6 0,018 βq dp l 2 25,95 -0,0322 -46,51 7 0,058 83,76 -0,0112 -16,21 N 0,0625 90,26 0,4 0,4 34,1825 6,59 90,105( ) A dp b Q q l KN= = × × = 0,6 0,6 34,1825 6,59 135,16( ) t B dp b Q q l KN= − = − × × = − 0,5 0,5 34,1825 6,5 111,09( ) p B dp b Q q l KN= = × × = Trong đó ; t p B B Q Q là lực cắt tiết diện trái ; phải điểm B A B Q A Q B B Q t p 3.4)Tính toán cốt thép dọc: Cốt thép chịu lực AII có R s =280.10 3 (KN/m 2 ) Bêtông cấp độ bền B15 có R b =8,5.10 3 (KN/m 2 ) a)Với tiết diện chịu mômen âm (tiết diện 5- gối B): +Mômen lớn nhất : M max =106,14(KN.m) +Cánh nằm trong vùng chịu kéo nên không kể đến trong tính toán ,Tiết diện tính toán hình chữ nhật với b = 20 cm ,h = 50 cm ghỉa thiết a=4 cm => h 0 =50-3,5= 46,5 (cm) .(hình vẽ) Có : 2 3 2 0 106,14 0,295 . . 8,5.10 .0,2.(0.46) m b M R b h α = = = +Kiêm tra điều kiện hạn chế: -Với Bêtông cấp độ bền B15 ,cốt thép nhóm AII suy ra 0,439; 0,650 R R α ξ = = (Phụ lục 8 - Sách kết cấu BTCT - Phần cấu kiện cơ bản -2005). Ta thấy : α m <α R (thõa mãn xảy ra trường hợp phá hoại dẻo). -Để tính theo sơ đồ khớp dẻo thì α m <0,3 (đúng) Suy ra: 0,5(1 1 2 ) 0,820 m ζ α = + − = 2 3 0 106,14 10,05( ) . . 280.10 .0,820.0,46 s s M A cm R h ζ = = = Hàm lượng thép: a1 a2 1Ø18 4Ø16 ho x h b [...]... 4.3)Tính cốt thép dọc: Cốt thép chịu lực AII có Rs=280.103(KN/m2) B tông cấp độ bền B15 có Rb=8,5.103(KN/m2) a)Với tiết diện chịu mômen âm (gối B): +Mômen lớn nhất : Mmax=MmgB=491(KN.m) +Cánh nằm trong vùng chịu kéo nên không kể đến trong tính toán ,Tiết diện tính toán hình chữ nhật với b = 30 cm ,h = 80 cm giả thiết a= 8 cm (do cốt thép dầm chính phải đặt bên dưới hàng trên cùng của cốt thép dầm phụ)... bố trí cốt thép dầm phụ cuối cùng: 4)Tính toán dầm chính: *) Dầm chính kê lên các cột (các gối giữa) có bề rộng bc=30(cm) ,Tại gối biên dầm chính kê lên tường chịu lực với đoạn kê bằng chều dày tường chịu lực t=34(cm)>30(cm) 4.1)Sơ đồ tính toán dầm chính: (Tính theo sơ đồ đàn hồi) + Sơ đồ dầm: Dầm liên tục 4 nhịp + Chiều dài nhịp giữa và nhịp biên gần bằng nhau vì thế để đơn giản tính toán ta có thể... khu vực gần gối tựa chọn Ø6 hai nhánh , s=250 (mm)ở khu vực giữa nhịp l1=1,65(m) 3.6) Tinh toán và vẽ hình bao vật liệu: Theo TCXDVN 356-2005 : đối với dầm bề dày lớp b tông bảo vệ là 20(mm),đối với bản là 10(mm) Vì vậy: Ở nhịp: ta lấy lớp b tông bảo vệ là c0=20 (mm) ; Ở gối : cốt của dầm phụ nằm dưới cốt bản do đó chiều dày lớp b tông bảo vệ thực tế là :c0= c 0bản+ cốt bản= 10+8=18(mm) để đơn giản lấy... trên thực tế đều lớn hơn các giá trị giả thiết (không lớn hơn nhiều lắm) => thiên về an toàn ta không cần phải kiểm tra lại 4.4)Tính cốt thép ngang và cốt xiên: Cốt thép AII có Rsw=225.103(KN/m2);Es=21.104MPa Cốt thép đai AI có Rsw=175.103(KN/m2) ;Es=21.104MPa B tông cấp độ bền B15 có: Rb=8,5.103(KN/m2);Eb=23.103MPa Rbt=0,75.103(KN/m2) Giả thiết: Cốt đai Ø8 hai nhánh , với khoảng cách s=260(cm) ϕb 4 (1... 280.103 Chọn và bố trí cốt thép : 2Ø18+1Ø16 =>As=7,101(cm2)>Astt bố trí thành 1 lớp: 1Ø16 2Ø18 Kiểm tra giả thiết : a=2+1,8/2=2,9(cm) đảm bảo ,thiên về an toàn 3.5)Tính toán cốt đai: p QB QA B A t QB Tính toán cốt đai cho 3 tiết diện :A,Bt,Bp a) Tính toán cốt đai cho tiết diên Bt: +QBt=135,18(KN) +Cốt thép đai AI có Rsw=175.103(KN/m2) ;Es=21.104MPa B tông cấp độ bền B15 có Rb=8,5.103(KN/m2);Eb=23.103MPa... cắt qua bê tông) sct ≤ h 500 = = 167 3 3 (mm) theo TCXD 356-2005 (Đảm bảo yêu cầu cấu tạo của cốt thép đai gần khu vực gối tựa) sgt=160(mm) (Khoảng cách giả thiết ban đầu) Kết luận : chọn Ø6 hai nhánh , s=160(mm) ở khu vực gần gối tựa chọn Ø6 hai nhánh , s=250 (mm)ở khu vực giữa nhịp l1=1,65(m) c) Tính toán cốt đai cho tiết diên A: +QA=90,105(KN) Kết quả :qsw=40,65(KN/m) Kết luận : chọn Ø6 hai nhánh ,... lượng riêng b tông cốt thép bằng 25 (KN/m3) n: hệ số vượt tải gdp:tĩnh tải phân bố đều trên dầm phụ gdp=10,1825(KN/m) Vậy: G=10,1825.6,8+14,644=83,89(KN) Ghi chú: Trọng lượng bản thân dầm chính phân phối đều nhưng để dơn giản tính toán ta đem về thành các lực tập trung cùng tác dụng với G1=gdpl2 đặt tại vị trí các dầm phụ +Sơ đồ tải trọng tác dụng lên dầm chính 4.2) Tính toán nội lực: a)Biểu đồ bao mômen:... Chọn và bố trí cốt thép : 1Ø18+4Ø16 =>As=10,585(cm2)>Astt bố trí thành 2 lớp: lớp trên 1Ø18+2Ø16 lớp dưới 2Ø16 Với giả thiết chọn cốt thép như trên ,tính lại giá trị : a = ∑A a ∑A si i với Asi là diện tích cốt thépcủa lớp s thứ i ; ai khoảng cách từ lớp cốt thép thứ i đế mép dầm (hình vẽ) Với trường hợp chon cốt thép như trên ta tính được a =42,7(mm)>agt=40(mm).Vì độ chênh lệch bé ta có thể kiểm tra... lấy c0=20 (mm) Khoảng cách thông thủy t0=30(mm) Từ chiều dày lớp b tông bảo vệ và yêu cầu bố trí cốt thép tính ra a =>h 0 (xem thêm mục 3.4b) Ghi chú: Các phương án tính toán cốt thép ở đây không đề cập đến mà chỉ đề cập đến phương án cốt thép cuối cùng - theo các tính toán trên (hình vẽ) Khả năng chịu lực của các tiết diện: Mtd tính trong bảng sau: Các công thức sử dụng: ξ = RS AS ; ζ = 1 − 0,5ξ ; M... trí cốt thép : 2Ø18+3Ø16 =>As=11,12(cm2)>Astt bố trí thành 2 lớp: lớp dưới 2Ø18+1Ø16 ;lớp trên 2Ø16 (hình vẽ) Kiểm tra giả thiết : a = ∑A a ∑A si i với Asi là diện tích cốt thépcủa s lớp thứ i ; ai khoảng cách từ lớp cốt thép thứ i đế mép dầm (hình vẽ) Với trường hợp chon cốt thép như trên ta tính được a =4,7(cm)Đảm bảo (thiên về an toàn) 3Ø16 2Ø18 +Với nhịp giữa: Mmax=90,26(KN.m) Giả thiết . THUYẾT MINH ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CẤU BÊTÔNG CỐT THÉP I) Tóm tắt nhiệm vụ thiết kế : Thiết kế sàn Bê tông cốt thép kiểu sàn sườn toàn khối có bản loại dầm II). (cm) +Kết cấu sàn: - Lớp vữa xi măng dày 2(cm) bên trên bản - Bản b tông cốt thép - Lớp trát bên dưới dày 1 (cm) bên dưới bản - Dầm phụ b tông cốt thép
