Tính toán và thiết kế dầm phụ dạng bản dầm

Tính toán và thiết kế dầm phụ dạng bản dầmTính toán và thiết kế dầm phụ dạng bản dầmTính toán và thiết kế dầm phụ dạng bản dầmTính toán và thiết kế dầm phụ dạng bản dầmTính toán và thiết kế dầm phụ dạng bản dầmTính toán và thiết kế dầm phụ dạng bản dầmTính toán và thiết kế dầm phụ dạng bản dầmTính toán và thiết kế dầm phụ dạng bản dầmTính toán và thiết kế dầm phụ dạng bản dầmTính toán và thiết kế dầm phụ dạng bản dầm

PHẦN 1 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ DẦM PHỤ DẠNG BẢN DẦM 3

1.1 Mô tả giới thiệu kết cấu 3

1.2 Chọn sơ bộ kích thước tiết diện và vật liệu sử dụng 3

1.2.1 Vật liệu sử dụng 3

1.2.2 Chọn sơ bộ kích thước tiết diện 4

1.3 Lập sơ đồ tính toàn cho bản sàn 5

1.4 Xác định tải trọng tác dụng lên bản sàn và dải tính toán 7

1.4.1 Tải trọng thường xuyên (Tĩnh tải) 7

1.4.2 Tải trọng tạm thời (hoạt tải): 7

1.4.3 Tải trọng tác dụng lên dải tính toán 7

1.5 Xác định nội lực bản sàn (theo sơ đồ dẻo) 8

PHẦN 2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ DẦM PHỤ THEO SƠ ĐỒ DẺO 14

2.1 Mô tả giới thiệu kết cấu dầm phụ 14

2.2 Chọn sơ bộ kích thước tiết diện dầm phụ 14

2.3 Lập sơ đồ tính toán 14

2.4 Xác định tải trọng tác dụng lên dầm phụ 15

2.5 Xác định nội lực và vẽ biểu đồ nội lực dầm phụ 16

2.5.1 Biểu đồ bao mômen 16

2.5.2 Biểu đồ bao lực cắt 17

2.6 Tính toán cốt thép dầm phụ 18

2.6.1 Tính cốt dọc chịu lực 18

2.6.2 Tính cốt đai dầm phụ 20

PHẦN 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ DẦM CHÍNH 23

3.1 Mô tả giới thiệu kết cấu 23

3.2 Chọn sơ bộ kích thước tiết diện dầm chính 23

3.3 Lập sơ đồ tính toán 23

3.4 Xác định tải trọng tác dụng lên dầm chính 24

3.4.1 Trọng lượng bản thân dầm chính 24

3.4.2 Tải trọng từ dầm phụ truyền lên dầm chính 24

3.4.3 Hoạt tải từ dầm phụ truyền vào dầm chính 24

3.5 Xác định nội lực, tổ hợp nội lực và biểu đồ bao nội lực dầm chính 25

3.5.1 Xét các trường hợp bất lợi của hoạt tải 25

PHẦN 1 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ DẦM PHỤ DẠNG BẢN DẦM

1.1 Mô tả giới thiệu kết cấu

Mặt bằng dầm sàn thiết kế là sàn tầng điển hình của một nhà công nghiệp Hoạt tải sử dụng

trọng sử dụng trên sàn khá lớn, do đó phải bố trí hệ dầm phụ d ày để giảm kích thước ô bảnnhằm tăng khả năng chịu lực cho bản sàn Theo đó, trên mỗi nhịp dầm chính bố trí 2 dầm phụ.Nhiệm vụ của dầm phụ là tiếp nhận tải trọng sử dụng từ sàn để truyền lên dầm chính, tườngchịu lực và về cột, tiếp đến xuống móng và nền.

Mặt bằng bố trí dầm sàn với các ký hiệu dầm phụ và dầm chính được thể hiện trên Hình 1.1.

50002200 =2.27 >2

Kết luận: Các ô bản trên mặt bằng đã cho là ô sàn bản dầm, bản làm việc theo mộtphương, phương cạnh ngắn Trong trường hợp này, tải trọng chỉ truyền chủ yếu theo phươngcạnh ngắn lên dầm phụ, một phần ít tải trọng truyền lên dầm chính.

1.2 Chọn sơ bộ kích thước tiết diện và vật liệu sử dụng

1.2.1 Vật liệu sử dụng

- Bê tông: Chọn bê tông có cấp độ bền B20 Cốt thép cho bản sàn: Chọn thép CB240T.

- Cốt dọc chịu lực cho dầm phụ và dầm chính: Chọn cốt thép CB300V;

Bảng 1.1 : Bảng đặc trưng tính toán vật liệu.

Cốt thép

Các chỉ tiêu cơ lý,MPa

h =(dp

112 )ldp = (

12 ) 5000 = (312.5mm 416mm)Chọn h = 400mm

f,v

- Chiều rộng của dầm phụ được chọn sơ bộ theo công thức:bdp = (

18 )ldc = (

Bảng 1.2 Kết quả chọn sơ bộ kích thước tiết diện các cấu kiện

1.3 Lập sơ đồ tính toàn cho bản sàn

Tiến hành cắt một dải có bề rộng b=1m theo phương làm việc – phương cạnh ngắn L1 và xemnó là một dầm liên tục nhiều nhịp (chỉ tính cho một dảy điển hình, các dải còn lại tương tự).

1mdãi tínhtoán

Hình 1.2: Sơ đồ tính toán của bản sàn

Để tính toán bản sàn, tiến hành cắt một dải có bề rộng 1 m theo phương làm việc – phươngcạnh ngắn (Hình 1.2.) và xem như một dầm liên tục 12 nhịp

Gối tựa: Dải tính toán tựa lên tường chịu lực ở gối biên, liên kết này được xem là liên kết khớp; ở các gối giữa dải bản tính toán tựa lên các dầm phụ, liên kết này xem là gối tựa Để xác định nhịp tính toán cho dải tính toán (Xem như dầm liên tục 12 nhịp), tiến hành vẽ mặt cắt dọc dải tính toán – mặt cắt A-A trên Hình 1.1 Mặt cắt này được thể hiện trên Hình1.3

Bản sàn được tính toán theo sơ đồ khớp dẻo, nhịp tính toán lấy theo mép gối tựa, cụ thể như sau:

+ Đối với nhịp biên, nhịp tính toán được lấy từ mép giao với dầm chính đến điểm đặt phản lực gối tựa ở gối biên – đoạn kê lên tường:

+ Đối với nhịp biên, nhịp tính toán được lấy từ mép giao với dầm chính đến điểm đặt phản lực gối tựa ở gối biên – đoạn kê lên tường:

l = l - 0b1

bdp2 -

t2 +

Hình 1.4

: Sơ đồ tải trọng tác dụng lên dãy tính toán của bản sàn

1.4 Xác định tải trọng tác dụng lên bản sàn và dải tính toán

1.4.1 Tải trọng thường xuyên (Tĩnh tải)

1.4.2 Tải trọng tạm thời (hoạt tải):

Giá trị hoạt tải tính toán trên 1m2 sàn:

1.4.3 Tải trọng tác dụng lên dải tính toán

qs = (g + p ) 1m = (3.685 + 12) 1m = 15.686 kN/mss

Sơ đồ chất tải trọng lên dải tính toán được thể hiện trên Hình 1.5.

Hình 1.5 Sơ đồ tải trọng tác dụng lên dải tính toán của bản sàn

qs = 15.686

1

1.5 Xác định nội lực bản sàn (theo sơ đồ dẻo)

1.5.1 Xác định mômen

Bản sàn được tính theo sơ đồ khớp dẻo có kể đến sự hình thành khớp dẻo và phân phối

lại nội lực giữa các nhịp và các gối Giá trị mômen cực đại tại các nhịp và các gối của dảitính toán được xác định như sau:

- Mômen dương cực đại ở nhịp biên:

M =nbqsl

Hình 1.4: Biểu đồ mômen và lực cắt của dải bản theo sơ đồ dẻo

1.6 Tính toán tiết diện cho bản sàn

1.6.1 Tính toán cốt dọc chịu lực

Sử dụng mômen cực đại tại các nhịp và các gối để tính cốt thép chịu lực cho bản sàn

Hệ số kiển tra điều kiện hạn chế:

m =MRbbh

QA = 12.42

Q, kNM,kNm

1.6.2 Kiểm tra khả năng chịu cắt của sàn

Khả năng chịu cắt của bản sàn được kiểm tra với gối có giá trị lực cắt lớn nhất – gối 2

Khả năng chịu cắt của bản sàn được đảm bảo nếu thoả mãn điều kiện sau:

=> thỏa mãn điều kiện.

Kết luận: Bản sàn đủ khả năng chịu cắt.

1.7 Bố trí cốt thép cho bản sàn

1.7.1 Cốt thép chịu lực

1.7.2 Cốt thép chụi mômen âm dọc tường và dọc dầm chính

Dọc theo dầm chính bố trí cốt thép mũ để đảm bảo khả năng chống nứt và chịu lực chobản sàn (Chịu các giá trị mômen âm mà trong tính toán bỏ qua) Giá trị cốt thép này đượcxác định theo điều kiện:

α = { 0 20 khi psgs≤10.25 khi 1< ps

gs<30.30 khi 3< pgs

s < 50.33 khi ps

gs >5

lan =

Dầm chínhCốt phân bố

Xét tỉ số:

l1l2=

2200 = 2.27, ta có 2

tạo theo điều kiện:

Hình 1.7: Mặt bằng bố trí thép sàn

Ø6a250 9Ø8a170 8

Ø6a2509Ø8a170 8

Ø8a100 1Ø6

a300 7Ø6

a2005a100 3Ø8 Ø6a250 9Ø8a1702Ø6

a250 9

Ø6a2509Ø8a170 8

a300 7Ø8

a1702Ø6a2005 Ø6a250 9

Ø6a200 6Ø6

a300 7

Ø6a250 9Ø8

a170 2Ø6a200 6

Hình 1.9: Mặt cắt B-B

PHẦN 2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ DẦM PHỤ THEO SƠ ĐỒ DẺO

2.1 Mô tả giới thiệu kết cấu dầm phụ

- Dầm phụ được tính toán theo sơ đồ dẻo, để tận dụng tối đa khả năng chịu lực của vật liệu.- Theo giải thiết đã chọn ở phần thiết kế sàn kích thước dầm phụ là 200x350mm

- Trong kết cấu, dầm phụ trực tiếp tiếp nhận tải trọng từ bản sàn, sau đó truyền lên dầm chính.- Dầm phụ được đổ liền khối với bản sàn và gối lên dầm chính ở các nhịp giữa và gối lêntường chịu lực ở hai biên.

2.2 Chọn sơ bộ kích thước tiết diện dầm phụ

Đã chọn ở phần thiết kế sàn

2.3 Lập sơ đồ tính toán

- Sơ đồ tính của dầm phụ là dầm liên tục 4 nhịp.

- Gối tựa của dầm phụ: Tường chụi lực ở hai biên và dầm chính ở các gối giữa

- Liên kết: Liên kết dầm phụ với tường chụi lực được xem là khớp, các dầm chính là liên kếtgối tựa của dầm phụ.

- Nhịp tính toán: Dầm phụ được tính theo sơ đồ dẻo, nhịp tính toán được lấy theo mép gốitựa.

- Đối với nhịp biên:

lob = l – 2

bdc2 –

t2 +

2 = 5000 – 150 – 170 + 110 = 4790mm

- Đối với nhịp giữa:

- Trọng lượng bản thân dầm phụ: Giữa dầm phụ và bản sàn có phần bê tông chung, phần bêtông này ta xem thuộc bản sàn Khi đó, trọng lượng bản thân dầm phụ được xác định theo côngthức:

41

Hình 2.3: Sơ đồ tải trọng tác dụng lên dầm phụ

2.5 Xác định nội lực và vẽ biểu đồ nội lực dầm phụ

khớp dẻo Để xác định mômen M và lực cắt Q cho dầm phụ sử dụng dạng biểu đồ bao mômenvà lực cắt lập sẵn.

Đối với công trình đã cho, dầm phụ có 3 nhịp, do đó tính toán chỉ tiến hành cho nhịp biên và ½ nhịp 2 và lấy đối xứng.

2.5.1 Biểu đồ bao mômen

Để tính toán, chia mỗi nhịp dầm thành 5 đoạn, đánh số thứ tự 0, 1, 2 … Mỗi đoạn có chiều

mômen của dầm phụ khi tính toán theo sơ đồ khớp dẻo được xác định theo công thức: - Đối với nhịp biên:

Mi = i dp obq l 2 = 36.26 4.79 = 831.9 kN/mi 2 I

- Đối với các nhịp giữa và gối giữa:

Mi = i dp oq l2 = i 36.26 4.7 = 800.92 I kN/m - Mômen cực đại tại gối 2:

Trong đó: i - hệ số cho sẵn tra trên dạng biểu đồ bao mômen đối với các giá trịmômen dương, đối với các giá trị mômen âm tra bảng Phụ lục 10 phụ thuộc vào tỉ số =

tra bảng lập sẵn ở Phụ lục 10 phụ thuộc vào tỉ số : =

- Tra bảng lập sẵn ở Phụ lục 10 ta nhận được giá trị k 0.2751

Giá trị hệ số k cũng có thể được xác định theo công thức:

k= 1+α8(1+α4)

QAmin = QBmin = Q = *Bminq ldp o

Các giá trị lực cắt được tính toán và thể hiện trong Bảng 2.2Bảng 2.2 Bảng tính tung độ biểu đồ bao lực cắt

Tiết diện QA QB QB QAmin = QBmin=QCmin= QB=QC

685-27.07 -10.89 -10.89 -27.07

Sử dụng mômen cực đại tại các nhịp và các gối để tính cốt dọc chịu lực cho dầm

phụ Bản sàn đổ toàn khối với dầm, do đó sàn tham gia cùng chịu lực với dầm Trongtrường hợp này sàn và dầm liên kết tạo thành tiết diện chữ T, trong đó dầm đóng vai trò làsườn, bản sàn đóng vai trò là cánh Để cánh và sườn có thể làm việc cùng nhau, TCVN5574:2012 quy định phải hạn chế độ vươn của sải cánh Sc Theo đó, độ vươn của sải cánhđược hạn chế theo điều kiện:

b=200Cốt phân bố

Kích thước tiết diện chữ T sử dụng để tính cốt dọc chịu lực cho dầm được thể hiện trên Hình2.5.

b=bdp=200mmh=hdp=400 mmhf '=hb=80 mm

Sc=450 mmbf'=b+2 Sc=1100mm

Hình 2.5: Tiết diện chữ T dùng để tính tiết diện cho dầm phụ

Tại các nhịp chịu tác dụng mômen dương, vùng nén ở trên, cánh chữ T nằm trong vùng nén, vìvậy tại các tiết diện này sử dụng tiết diện chữ T để tính cốt dọc Tại các gối chịu tác dụng của

Tại các nhịp giữa và gối giữa, mômen có giá trị nhỏ, thường cốt thép đặt 1 lớp, vì vậy tạicác tiết diện này giả thiết a mm 35 , khi đó tính được chiều cao làm việc của tiết diện tại 2tiết diện này:

50.05kNm) với giá trị mômen M cho thấy, mômen tại các nhịp nhỏ hơn mômen M , vì vậy

tại các tiết diện này trục trung hoà đi qua cánh, tính toán cốt thép tại tiết diện này được tiết

Bảng 2.3: Kết quả tính cốt dọc chịu lực cho dầm phụ

Tiết diện M,kNm

a,mm

Ở đây các gối có giá trị lực cắt gần tương đương nhau, trong đó lực cắt bên trái tại gối số 2

104.2 kN, các gối khác bố trí tương tự

an toàn bỏ qua ảnh hưởng của tải trọng phân bố đều làm giảm lực cắt ở cuối tiết diện nghiêng.

- Kiểm tra khả năng chịu ứng suất nén chính của bụng dầm:

Kiểm tra khả năng chịu ứng suất nén chính của bụng dầm: khả năng chịu ứng suất nén chínhcủa bụng dầm đảm bảo nến thoả điều kiện sau

Tại tiết diện này xác định được lực cắt Q =90.65 kN:

1 5 Rbtbh02

- Chọn cốt đai:Chọn đường kính cốt đai Ø = 8mm và số nhánh cốt đai n=2 (Tra bảng ta có: sw

qsw =

Qmax24.5Rbtb h

- Tính khoảng cách cốt đai theo cấu tạo:

+Trong đoạn ¼ nhịpdầmgầngốitựa, nơi có lực cắt lớn, khoảng cách giữa các cốt đai theocấu tạo được xác định theo công thức:

S = ct {hdp2=200mm

+ Trong đoạn còn lại ở giữa dầm, nơi có lực cắt bé:

S = ct {3hdp4=300mm

- Chọn khoảng cách cốt đai để bố trí: + Trong đoạn gần gối tựa:

+ Trong đoạn giữa nhịp: S = 200mm

2Ø20Ø8a150 5

Ø8a200 61Ø18

3.1 Mô tả giới thiệu kết cấu

- Dầm chính đổ liền khối với bản sàn và dầm phụ

- Trong sàn bản dầm, bản sàn tựa trực tiếp lên dầm phụ và dầm chính.

- Dầm chính chủ yếu tiếp nhận tải trọng truyền từ dầm phụ sau đó truyền xuống cột và tườngchịu lực và sau đó truyền xuống móng.

Xét tỉ số: id

liên kết cối tựa của dầm chính.

- Sơ đồ tải trọng tác dụng lên dầm chính:

Hình 3.3: Sơ đồ chất tải trọng tác dụng lên dầm chính.

3.5 Xác định nội lực, tổ hợp nội lực và biểu đồ bao nội lực dầm chính

8Pdc

TH4: TT + HT : (ADD)4

3.5.2 Biểu đồ bao nội lực dầm chính

Hình 3.5: Biểu đồ bao mômen của dầm chính

Hình 3.6: Biểu đồ bao lực cắt của dầm chính

- Kích thước tiết diện chữ T sử dụng để tính cốt dọc chịu lực cho dâm chính:

Hình 3.7: Tiết diện chữ T dung để tính cốt dọc cho dầm chính.

Sc≤{ b=bdc=300(mm)h=hdc=650 (mm)hf'=hb=80(mm)

- Dầm chính chịu tác dụng của mômen có giá trị tuyệt đối tương đối lớn, cốt dọc nhiều và

Chọn thép

(cm2)

KN để tính cốt đai Thiên về an toàn, các gối khác bố trí tương tự.- Kiểm tra khả năng chịu ứng suất nén chính của bụng dầm theo điều kiện:

=> Thỏa mãn điều kiện

- Kiểm tra điều kiện chịu cắt của bê tông: + Tại mép gối tựa:

=> Không thỏa mãn điều kiện

Trong đó: c - hình chiếu của tiết diện nghiêng lên trục của cấu kiện, giá trị này lấy bằng

Khả năng chịu cắt của bê tông ở cuối tiết diện nghiêng không thoả, do đó phải đặt cốt đai theo

- Tính giá trị c : 0

c0=√1 5 Rbtbh0 2

0 75 qsw =√1 5×0 9×103×0 3×0 6220 75×211 2 =0 991 m

Điều kiện chịu lực cắt trên tiết diện nghiêng được kiểm tra theo công thức:

1 5 Rbtbh02

c0 +0 75 qswc0=1 5×0 9×103×0 3×0 622

0 991 +0 75 211 2× ×0 991=314 07 kN

=> Đạt

-Tính khoảng cách tối đa giữa các cốt đai:smax = smax=

Rbtbh0 2Qmax =

0 9×0 3×103×0 622

- Khoảng cách cấu tạo của cốt đai:

+ Ở gối 1

4 nhịp dầm gần gối tựa :

3 =216 6 mm300 mm

=216 6 mm

+ Trong đoạn còn lại ở giữa dầm:

ssw≤{3 h4=

stk=min (stt,smax,sct)=min (105.3mm,350 mm,216.6mm 100 mm)=

180 73×( 1−220620)

2×0 503×10−4×210 10× 3=5 51

Thiên về an toàn, chọn 6 cốt đai để bố trí (mỗi bên 3 đai) Sơ đồ bố trí cốt treo dạng đai tại vị trí giao giữa dầm phụ và dầm chính được thể hiện trên Hình 3.8

Hình 3.8 Cốt treo dạng đai cho dầm chính

3.7 Bố trí cốt thép dầm chính

2002200Ø8a20010Ø8a1009