Đồ án Thiết kế cầu thang bộ (cầu thang trục 4 – 5)

thiết kế cầu thang bộ (CầU THANG TRụC 4 – 5) i. Đặc điểm kết cấu. Công trình sử dụng một cầu thang bộ chính dùng để lưu thông giữa các tầng nhà theo phương thắng đứng, cầu thang thiết kế cầu thang 2 đợt có cốn thang. Đổ bê tông cốt thép tại chỗ (cấu tạo và chi tiết cầu thang xem bản vẽ kiến trúc) Cầu thang là 1 kết cấu lưu thông theo phương thẳng đứng của công trình, chịu tải trọng động của con người và tải trọng ngang của công trình tạo lên độ cứng theo phương thẳng đứng của công trình. Khi thiết kế ngoài yêu cầu cấu tạo kiến trúc còn phải đảm bảo về độ cứng và độ võng của kết cấu, tạo an toàn khi sử dụng. iI. Lập mặt bằng kết cấu. iII. Tính toán các cấu kiện cầu thang. 1. Chọn vật liệu: + Bê tông mác 250 có: - Rn = 110 kG/cm2 - Rk = 8,8 kG/cm2 + Thép chịu lực dầm AII có: Ra = 2800 kG/cm2 + Thép sàn + thép đai dầm AI có Ra = 2300 kG/cm2 2. Tính bản thang:BT - Chọn bản thang d = 8cm - Thang có cốn, bản tựa một đầu lên cốn và một đầu lên tường. Bản làm việc một phương (Theo phương cạnh ngắn L1). - Chiều dài bản thang theo phương mặt phẳng nghiêng L2: L2 == 3,76m Bản thang có kích thước: L2´L1 = (3,76´1,65)m - Tính độ nghiêng của cầu thang: tga tga = 0,545 ị a = 28,6o ; cosa = 0,878; sina = 0,479 a. Xác định tải trọng. ă Tĩnh tải: Phần tĩnh tải theo cấu tạo của bản thang xác định theo bảng sau. Các lớp cấu tạo, gtc (kG/m2) n gtt (kG/m2) - Lớp đá granitô: d = 0,015m, g = 2200 kG/m3 44,3 1,1 48,7 - Bậc xây bằng gạch chỉ: b´h = (0,3´0,15)m, g = 2200 kG/m3 0,5.121,0 1,1 133,1 - Lớp vữa lót: d = 0,02m, g = 1800kG/m3 0,02.1800 = 36 1,3 46,8 - Bản thang BTCT: d = 0,08m, g = 2500 kG/m3 0,08.2500 = 200 1,1 220 - Vữa trát trần: d = 0,015m, g = 1800 kG/m3 0,015.1800 = 27 1,3 35,1 Tổng tĩnh tải tác dụng lên mặt phẳng nghiêng bản thang: Sgtt = 483,7 ă Hoạt tải: Hoạt tải theo tải trọng và tác động (TCVN 2737 – 1995) Loại phòng ptc (kG/cm2) n ptt (kG/m2) Cầu thang, phòng ngủ 300 1,2 360 - Tổng tải trọng tác dụng lên bản thang là: qb = gtt + ptt = 483,7 + 360 = 843,7 kG/m2 - Tải trọng tính toán: qtt = qb.cosa = 843,7.0,878 = 740,8 kG/m2 b. Tính toán nội lực. *Sơ đồ tính: Xét tỉ số: ị Thuộc bản loại dầm làm việc theo 1 phương cạnh L1 - Cắt 1 dải bản bề rộng 1 mét theo phương L1 và coi đó là dầm liên kết 2 đầu khớp. Momen tại giữa nhịp là: Mtt = 252,1 kG.m c. Tính toán cốt thép. + Chọn lớp bảo vệ ao = 1,5 cm ị ho = hbt - ao = 8 - 1,5 = 6,5 cm ă Cốt thép momen dương: Mtt = 252,1 kG.m - Tính như cấu kiện chịu uốn: 0,054 < Ad = 0,3 Fa = 1,735 cm2 Chọn F6, a = 16cm, có Fa = 1,77 cm2 Kiểm tra 0,272% m = 0,272% > mmin = 0,05% ă Cốt thép dọc bản đặt theo cấu tạo: F6 a20cm, có Fa = 1,41 cm2 ă Cốt thép momen âm: - Ta chọn sơ đồ tính bản thang là dầm đơn giản nhưng thực tế bản thang liên kết một đầu vào tường và một đầu liên kết vào cốn , vì vậy phải bố trí cốt thép momen âm. - Chọn và bố trí cốt thép chịu momen âm F6, a = 20cm, khoảng cách từ mép tường và cốn đến mép thép mũ lấy bằng: 0,25.L1 = 0,25.1,65 = 0,41m. 3. Tính cốn thang:CT - Chọn tiết diện cốn: b´h = (0,12´0,3)m - Nhịp tính toán của cốn thang: LX == 3,76m a. Xác định sơ đồ tính. Ta xem cốn thang là dầm đơn giản liên kết 2 đầu khớp. b. Xác định tải trọng. - Tải trọng do tĩnh tải và hoạt tải bản thang truyền vào: gbt = 696 kG/m - Trọng lượng bản thân cốn thang: gct = 0,12.0,3.2500.1,1 = 99 kG/m - Trọng lượng vữa trát cốn thang d = 0,015: gv = 0,42.0,015.1800.1,3 = 14,7 kG/m - Trọng lượng lan can, tay vịn: glc = 50 kG/m. Tổng tải trọng theo phương thẳng đứng tác dụng lên cốn thang: q = gbt + gct + glc = 696 + 99 + 50 = 845,0 kG/m ị q’ = q.cosa = 845,0.0,878 = 742,0 kG/m c. Xác định nội lực. Momen tại giữa nhịp: Mmax = 1311,0 kG.m Lực cắt lớn nhất tại gối: Qmax = 1395,0 kG d. Tính toán cốt thép. ă Tính cốt thép dọc: Mmax = 1311,0 kG.m + Giả thiết a = 3 cm ị ho = h - a = 30 - 3 = 27 cm 0,136 < Ad = 0,3 Fa = 1,871 cm2 Chọn 2F14, có Fa = 3,08 cm2 Kiểm tra 0,951% m = 0,951% > mmin = 0,05% ă Thép cấu tạo cốn thang: chọn 2F12 ă Tính toán cốt đai: Qmax = 1395,0 kG - Kiểm tra điều kiện hạn chế về lực cắt: Qmax < Ko.Rn.b.ho Ko = 0,35 với bê tông mác 400 trở xuống. Qmax < 0,35.110.12.27 = 12474,0 kG Qmax = 1395,0 kG < 12474,0 kG ị Thoả mãn điều kiện hạn chế. - Kiểm tra điều kiện tính toán: Qmax Ê K1.Rk.b.ho = 0,6.8,8.12.27 = 1711 kG Qmax = 1395,0 kG < 1711,0 kG ị Không phải tính cốt đai. - Khoảng cách cốt đai đặt theo cấu tạo: Chọn cốt đai F6 h Ê 45 cm thì Uct Ê và 15 cm ị Uct = = 15cm - Chọn cốt đai F6a15cm cho đoạn đầu cốn có: L = 1/4Lx = 0,94 m - Chọn cốt đai F6a20cm cho đoạn giữa cốn có: L = 1/2Lx = 1,90 m 4. Tính bản chiếu nghỉ:Bcn - Chọn bản chiếu nghỉ d = 8cm a. Xác định sơ đồ tính. Bản chiếu nghỉ có kích thước: L2´L1 = (3,6´1,8)m Chọn bdcn = 220 cm Nhịp tính toán : L01 = 1800 - 330 = 1470 cm = 1,47 m L02 = 3600 - 220 = 3380 cm = 3,38 m Xét tỉ số: ị Thuộc bản loại dầm làm việc theo 1 phương L1 - Cắt 1 dải bản bề rộng 1 mét theo phương L1 và coi đó là dầm liên kết 2 đầu khớp. b. Xác định tải trọng. ă Tĩnh tải: Phần tĩnh tải theo cấu tạo của bản chiếu nghỉ. - Trọng lượng lớp đá granitô: d = 0,015m, g = 2200 kG/m3, n = 1,1 g1 = g.d. n = 2200.0,015.1,1 = 36,3 kG/m2 - Bản chiếu nghỉ BTCT: d = 0,08m, g = 2500 kG/m3, n = 1,1 g2 = 2500.0,08.1,1 = 220 kG/m2 - Lớp vữa lót + trát dưới: d = 0,03m, g = 1800 kG/m3, n = 1,3 g3 = 1800.0,03.1,3 = 70,2 kG/m2 Tổng tĩnh tải tác dụng lên sàn chiếu nghỉ: gtt = g1+g2+g3 = 36,3 + 220 + 70,2 = 327 kG/m2 ă Hoạt tải: Hoạt tải theo (TCVN 2737 – 1995) - Hoạt tải cầu thang: Ptc = 300 kG/m2 - Hệ số vượt tải n = 1,2 Ptt = ptc.n = 300.1,1 = 360 kG/m2 - Tổng tải trọng tác dụng lên sàn chiếu nghỉ: q = gtt + ptt = 327 + 360 = 687,0 kG/m2 c. Tính toán nội lực. Momen tại giữa nhịp: Mmax = 185,6 kG.m d. Tính toán cốt thép. + Chọn lớp bảo vệ ao = 1,5 cm ị ho = hbt - ao = 8 - 1,5 = 6,5 cm ă Cốt thép momen dương: Mmax = 185,6 kG.m - Tính như cấu kiện chịu uốn: 0,040 < Ad = 0,3 Fa = 1,267 cm2 Chọn F6, a = 20cm, có Fa = 1,41 cm2 Kiểm tra 0,217% m = 0,217% > mmin = 0,05% ă Cốt thép ngang bản đặt theo cấu tạo: F6 a20cm, có Fa = 1,41 cm2 ă Cốt thép momen âm: - Ta chọn sơ đồ tính bản chiếu nghỉ là dầm đơn giản nhưng thực tế bản liên kết 2 đầu vào dầm Dcn1 và Dcn2, vì vậy phải bố trí cốt thép momen âm. - Chọn và bố trí cốt thép chịu momen âm F6, a = 20cm, khoảng cách từ mép dầm đến mép thép mũ lấy bằng: 0,25.L1 = 0,25.1,8 = 0,45 m 5. Tính dầm chiếu nghỉ:Dcn1 - Chọn kích thước của dầm: Chọn bd = 220 mm hd = (1/8 á 1/20).L = (1/8 á 1/20).3600 = (450 á 180) mm ị Chọn hd = 300 mm. Kích thước của dầm: (22´30) cm a. Xác định sơ đồ tính. - Sơ đồ tính toán là dầm đơn giản liên kết 2 đầu khớp. Chịu tải trọng phân bố đều từ bản chiếu nghỉ và 2 lực tập trung do cốn thang truyền vào. b. Xác định tải trọng. - Tải trọng do tĩnh tải và hoạt tải bản chiếu nghỉ truyền vào: gcn = 618,3 kG/m - Trọng lượng bản thân dầm: gd = 0,22.0,30.2500.1,1 = 181,5 kG/m - Trọng lượng vữa trát dầm d = 0,015: gv = 0,66.0,015.1800.1,3 = 23,2 kG/m Tổng tải trọng phân bố đều truyền vào dầm: q = gcn + gd + gv = 618,3 + 181,5 = 800 kG/m Tải trọng tập trung do cốn thang 2 bên truyền vào dầm: P = 1395,0 kG c. Xác định nội lực. Momen tại giữa nhịp: Mmax = 3597,8 kG.m Lực cắt lớn nhất tại gối: Qmax = 2835,0 kG d. Tính toán cốt thép. ă Tính cốt thép dọc: + Giả thiết a = 3 cm ; ị ho = h - a = 30 - 3 = 27 cm 0,204 < Ad = 0,3 Fa = 5,377 cm2 Chọn 3F16, có Fa = 6,03 cm2 Kiểm tra 1,015% m = 1,015% > mmin = 0,05% ă Thép cấu tạo dầm: chọn 2F12 ă Tính toán cốt đai: - Kiểm tra điều kiện hạn chế về lực cắt: Qmax < Ko.Rn.b.ho Qmax = 2835,0 kG < 0,35.110.22.27 = 22869 kG ị Thoả mãn điều kiện hạn chế. - Kiểm tra điều kiện tính toán: Qmax Ê K1.Rk.b.ho = 0,6.8,8.22.27 = 3136,3 kG ị Không phải tính cốt đai. - Khoảng cách cốt đai đặt theo cấu tạo: Chọn cốt đai F6 h Ê 45 cm thì Uct Ê và 15 cm ị Uct = = 15 cm - Cốt đai F6a15cm cho đoạn đầu dầm có: L = 1/4.L = 0,90 m - Cốt đai F6a20cm cho đoạn giữa dầm có: L = 1/2.L = 1,80 m ă Tính toán cốt treo: - Tại vị trí cốn thang đặt lên dầm có lực tập trung do cốn thang truyền vào, dầm có thể phá hoại cục bộ khe nứt phát sinh, cần đặt cốt treo trong đoạn 2 cốn thang đặt vào. - Lực tập trung do cốn thang truyền vào dầm: P1 = P + q’.Lx = 1395,0 + 742.3,76 = 4185 kG - Cốt treo được đặt dưới dạng cốt đai, diện tích cần thiết là: Ftr = 1,820 cm2 - Dùng đai F6, hai nhánh thì số lượng đai cần thiết là: 3,2 ị Chọn = 3 đai ị Đặt mỗi bên mép cốn thang 3 đai F6a5cm. 6. Tính dầm chiếu nghỉ:Dcn2 - Kích thước của dầm: (22´30) cm a. Xác định sơ đồ tính. - Trong thực tế dầm liên kết 2 đầu vào cột là liên kết ngàm, nhưng để thuận tiện trong thi công. Ta tính dầm với sơ đồ 2 đầu khớp: b. Xác định tải trọng. - Tải trọng do tĩnh tải và hoạt tải bản chiếu nghỉ truyền vào: gcn = 618,3 kG/m - Trọng lượng bản thân dầm: gd = 0,22.0,30.2500.1,1 = 181,5 kG/m - Trọng lượng vữa trát dầm d = 0,015: gv = 0,66.0,015.1800.1,3 = 23,2 kG/m - Trọng lượng tường xây trên dầm, d = 22 cm; cao 1,45 m. gt = 0,22.1,45.1800.1,1 = 631,6 kG/m Tổng tải trọng phân bố đều truyền vào dầm: q = gcn + gd + gt = 618,3 + 181,5 + 631,6 = 1431,4 kG/m c. Xác định nội lực. Momen tại giữa nhịp: Mnh = 2319 kG.m Lực cắt lớn nhất tại gối: Qmax = 2576,5 kG d. Tính toán cốt thép. ă Tính cốt thép dọc: + Giả thiết a = 3 cm ; ị ho = h - a = 30 - 3 = 27 cm 0,131 < A0 = 0,412 Fa = 3,298 cm2 Chọn 2F16, có Fa = 4,02 cm2 Kiểm tra 0,677% m = 0,677% > mmin = 0,05% ă Thép cấu tạo dầm: chọn 2F12 ă Tính toán cốt đai: - Kiểm tra điều kiện hạn chế về lực cắt: Qmax < Ko.Rn.b.ho Qmax = 2576,5 kG < 0,35.110.22.27 = 22869 kG ị Thoả mãn điều kiện hạn chế. - Kiểm tra điều kiện tính toán: Qmax Ê K1.Rk.b.ho = 0,6.8,8.22.27 = 3136,3 kG ị Không phải tính cốt đai. - Khoảng cách cốt đai đặt theo cấu tạo: Chọn cốt đai F6 h Ê 45 cm thì Uct Ê và 15 cm ị Uct = = 15 cm - Cốt đai F6a15cm cho đoạn đầu dầm có: L = 1/4.L = 0,90 m - Cốt đai F6a20cm cho đoạn giữa dầm có: L = 1/2.L = 1,80 m 7. Tính dầm chiếu tới:DCT - Kích thước của dầm: (22´30) cm a. Xác định sơ đồ tính. - Sơ đồ tính toán là dầm đơn giản liên kết 2 đầu khớp. b. Xác định tải trọng. - Tải trọng do tĩnh tải và hoạt tải bản sàn Ô3 truyền vào: gô3 = qô3.L/2.5/8 = 739.3,6/2.5/8 = 831,3 kG/m - Trọng lượng bản thân dầm: gd = 0,22.0,30.2500.1,1 = 181,5 kG/m - Trọng lượng vữa trát dầm d = 0,015: gv = 0,66.0,015.1800.1,3 = 23,2 kG/m Tổng tải trọng phân bố đều truyền vào dầm: q = gô3 + gd = 831,3 + 181,5 = 1013 kG/m Tải trọng tập trung do cốn thang 2 bên truyền vào dầm: P = 1395,0 kG c. Xác định nội lực. Momen tại giữa nhịp: Mmax = 3943 kG.m Lực cắt lớn nhất tại gối: Qmax = 3218,4 kG d. Tính toán cốt thép. ă Tính cốt thép dọc: + Giả thiết a = 3 cm ; ị ho = h – a = 30 – 3 = 27 cm 0,224 < A0 = 0,412 Fa = 5,988 cm2 Chọn 3F16, có Fa = 6,03 cm2 Kiểm tra 1,013% m = 1,013% > mmin = 0,05% ă Thép cấu tạo dầm: chọn 2F14 ă Tính toán cốt đai: - Kiểm tra điều kiện hạn chế về lực cắt: Qmax < Ko.Rn.b.ho Qmax = 3218,4 kG < 0,35.110.22.27 = 22869 kG ị Thoả mãn điều kiện hạn chế. - Kiểm tra điều kiện tính toán: Qmax > K1.Rk.b.ho = 0,6.8,8.22.27 = 3136 kG ị Phải tính cốt đai. + Chọn đai F6; nđ = 2; có Ưđ = 0,283 cm2; Rađ = 1800 kG/cm2 + Khoảng cách Uđ phải thoả mãn các điều kiện sau: U = Umin (Utt; Umax; Uct) + Tính Utt: Utt = 111 cm + Tính Umax: Umax = 65,8 cm + Tính Uct Chọn U = Uct = F6a15cm. ă Kiểm tra điều kiện cốt xiên: qđ = 68 kG Qđb = = 8762 kG Qđb = 8762 kG > Qmax = 3218,4 kG ị Không phải tính cốt xiên. ă Tính toán cốt treo: - Tại vị trí cốn thang đặt lên dầm có lực tập trung do cốn thang truyền vào, dầm có thể phá hoại cục bộ khe nứt phát sinh, cần đặt cốt treo trong đoạn 2 cốn thang đặt vào. - Tính toán tương tự như dầm chiếu nghỉ BCN1. ị Đặt mỗi bên mép cốn thang 3 đai F6a5cm.